電磁アクチュエータの変位位置検出装置
【課題】PWM信号で駆動される電磁アクチュエータの変位位置を、簡単な構造及び簡単な検出手段で検出できる装置を提供する。
【解決手段】電磁アクチュエータ１は、可動コア１１ａ、駆動コイル１２、検出コイル１３を有する。駆動回路２２は、PWM信号に従い、駆動コイル１２に駆動電流を供給する。検出コイル１３は、可動コア１１ａの変位位置に応じて駆動コイル１２との相互結合係数が変化する位置に配置される。サンプリング信号発生回路３１は、PWM信号発生回路２１が出力するPWM信号に同期してサンプリング信号のタイミングを生成し、同期サンプリング回路３２は、このサンプリング信号に同期して検出コイル１３の出力電圧をサンプリングし、変位位置検出データを出力する。補正部３３は、PWM信号のデューティ比に応じてこれを補正する。
【解決手段】電磁アクチュエータ１は、可動コア１１ａ、駆動コイル１２、検出コイル１３を有する。駆動回路２２は、PWM信号に従い、駆動コイル１２に駆動電流を供給する。検出コイル１３は、可動コア１１ａの変位位置に応じて駆動コイル１２との相互結合係数が変化する位置に配置される。サンプリング信号発生回路３１は、PWM信号発生回路２１が出力するPWM信号に同期してサンプリング信号のタイミングを生成し、同期サンプリング回路３２は、このサンプリング信号に同期して検出コイル１３の出力電圧をサンプリングし、変位位置検出データを出力する。補正部３３は、PWM信号のデューティ比に応じてこれを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調信号により駆動される電磁アクチュエータの変位位置を検出する装置に関するものである。電磁アクチュエータは、例えば、ユーザの操作に対する反力を発生させたり、操作子や弁を自動操作させたりするために使用される。
【背景技術】
【０００２】
電子鍵盤楽器の鍵盤装置において、各鍵に駆動機構を付加することにより、演奏者が演奏操作時に感じる鍵タッチ感を増減させる制御（力覚制御）をしたり、演奏者の操作によらないで鍵を自動操作（自動演奏）したりする（特許文献１参照）。この鍵盤装置では、鍵を押鍵方向に回動させる往動ソレノイド（往動コイル）及びヨークと、鍵を離鍵方向に回動させる復動ソレノイド（復動コイル）及びヨークとを直列配置し、これらの駆動コイルの中心に１個のプランジャ（可動コア）を嵌挿し、このプランジャの駆動軸を鍵に当接させる双方向駆動電磁アクチュエータが使用されている。
アコースティックピアノにおいては、鍵のストローク位置に応じて反力の大きさが変化するという鍵タッチ感が得られる。そこで、この特許文献１においては、歪みゲージ又は光センサの検出信号を、プランジャ又は鍵の位置情報として出力し、復動ソレノイドの駆動電流を制御することにより、このような鍵タッチ感を得る。しかし、高コストの歪みゲージや光センサが必要となる。
【０００３】
一方、磁気的な結合により誘導される電圧を検出することにより可動コアの変位位置を検出する差動トランス（特許文献２）が知られている。正弦波で励磁される１次側コイルが、可動コアを介して、差動結線された２個の２次側コイルに相互結合される。しかし、この可動コアは変位位置検出専用のものであり、プランジャの可動コアではない。
そのため、特許文献２に記載の差動トランスを、特許文献１に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出に採用する場合は、正弦波発振器を必要とし、かつ、プランジャの周囲に、差動トランスを配置しなければならない。しかし、鍵幅が僅かしかないところに鍵毎に差動トランスの設置スペースを設けることはむずかしい。
【０００４】
また、電磁アクチュエータは、内燃機関の弁駆動装置等でも使用されている（特許文献３，４参照）。特許文献３においては、PWM変調駆動信号を駆動コイルに供給するとともに、変位検出コイルを設け、この変位検出コイルの自己インダクタンスの変化により発振周波数を変化させる。しかし、この技術は、変位検出コイル、発振回路、電圧/周波数変換回路が必要となる。
特許文献４においては、双方向駆動電磁アクチュエータの２個の駆動コイルのうち、アーマチャー（可動コア）を駆動しない方の駆動コイルに、位置検出用の交流電流を供給し、この交流電流の位相及び振幅の変化を検出することにより、アーマチャーの変位位置を表す信号を出力する。しかし、この技術も、交流信号の発振回路を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開１０−２０８５７号公報
【特許文献２】特開昭６１−２８４６０８号公報
【特許文献３】特開平７−２２４６２４号公報
【特許文献４】特開２００１−２６４００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、パルス幅変調信号に従って駆動される電磁アクチュエータの変位位置を、簡単な構造及び簡単な検出手段で検出できる電磁アクチュエータの変位位置検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、電磁アクチュエータ（１，１1，１2，６０1，６０2）の変位位置検出装置において、可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）と、該可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）に駆動力を与えることにより前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）を変位させる駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ，６５ａ，６５ｂ）と、前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）の変位位置に応じて前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ，６５ａ，６５ｂ）との相互結合係数が変化する位置に配置された検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ，６６ａ，６６ｂ）を有し、前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）の駆動力を機械系（５）に伝達する電磁アクチュエータ（１，１1，１2，６０1，６０2）と、パルス幅変調信号に従って前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ，６５ａ，６５ｂ）に駆動電流を供給する駆動手段（２２）と、前記検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ，６６ａ，６６ｂ）の出力電圧を入力し、前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）の変位位置に対応した変位位置検出信号を出力する変位位置検出手段（３）を有し、該変位位置検出手段（３）は、前記パルス幅変調信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生手段（３１）と、前記サンプリング信号に同期して、前記検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ，６６ａ，６６ｂ）の出力電圧をサンプリングすることにより、前記変位位置検出信号を出力する同期サンプリング手段（３２）を有するものである。
従って、電磁アクチュエータは、従来のものに検出コイルを付加した簡単な構造でよく、設計自由度が高く、コンパクトに仕上がる。
可動コアの変位位置を検出する原理が、従来の技術とは全く異なり、変位位置検出用の発振器及びこの発振器の出力を印加する励磁コイルが不要である。電磁アクチュエータを駆動する駆動信号自体が、変位位置検出用の発振器を兼ね備える。そのため、高コストとなる正弦波発振器が不要となる。
変位位置検出手段は、サンプリング信号発生手段と同期サンプリング手段という簡単な構成でよい。変位位置検出信号は、パルス幅変調信号に同期して検出されるため、検出コイルの出力電圧波形がパルス幅変調信号の１周期内で時間的に変化するものであっても、この時間的な変化が変位位置の検出に影響しにくい。
【０００８】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記検出コイル（１３）は、主検出コイル（１３ａ）と補助検出コイル（１３ｂ）とを有し、前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ）と前記主検出コイル（１３ａ）との第１の相互結合係数が前記可動コア（１１ａ，５１ａ）の変位位置に応じて変化する第１の特性と、前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ）と前記補助検出コイル（１３ｂ）との第２の相互結合係数が前記可動コア（１１ａ）の変位位置に応じて変化する第２の特性とが異なるように、前記主検出コイル（１３ａ）と前記補助検出コイル（１３ｂ）とが配置され、前記同期サンプリング手段（３２）は、前記主検出コイル（１３ａ）と前記補助検出コイル（１３ｂ）とを逆直列接続したものの出力電圧をサンプリングするものである。
駆動電流がスイッチングされることにより発生するリンギングや外来ノイズは、主検出コイルと補助検出コイルに対し同位相で印加される。そのため、同期サンプリング手段が、主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧をサンプリングすることにより、リンギングや外来ノイズが相殺された変位位置検出信号が出力される。
【０００９】
請求項３に記載の発明においては、請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記変位位置検出手段（３）は、補正手段（３３）を有し、該補正手段（３３）は、前記同期サンプリング手段（３２）から前記変位位置検出信号を入力し、該変位位置検出信号を、前記パルス幅変調信号のデューティ比に応じて補正するものである。
従って、パルス幅変調信号のデューティ比に影響を受けない変位位置検出信号を出力する。加えて、前記可動コアの変位位置に正確に比例した大きさの変位位置検出信号を出力することもできる。
【００１０】
上述した請求項３に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記駆動手段（２２）が、一部の変位位置検出期間において、前記デューティ比を所定値に設定し、前記サンプリング信号発生手段（３１）が、前記一部の変位位置検出期間において、前記パルス幅変調信号に同期したサンプリング信号を生成し、前記補正手段（３３）が、前記同期サンプリング手段（３２）から入力した変位位置検出信号を、前記所定値に設定されたデューティ比に応じて補正してもよい。
変位位置検出期間において、デューティ比を変位位置検出に適した所定値にできるとともに、デューティ比が所定値に固定されるために、変位位置を正確に検出できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明においては、請求項１から３までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記電磁アクチュエータ（１，１1，１2）は、ヨーク（４３，４４，４５，５２，５３）を有し、前記可動コア（１１ａ，５１ａ）は、柱状体であり、前記駆動コイル（１２ａ，１２ｂ）及び前記検出コイル（１３ａ，１３ｂ）の中空部（４１ｄ，４２ｄ，５４ｄ）に嵌挿されることにより該柱状体の軸方向に沿って直線変位可能であり、該柱状体の軸方向に沿った少なくとも一端面に駆動軸（１１ｂ，１１ｃ，５１ｂ，５１ｃ）が突設されたものであり、前記ヨーク（４３，４４，４５，５２，５３）は、前記駆動コイル（１２ａ，１２ｂ）及び前記検出コイル（１３ａ，１３ｂ）の外部に配置され、前記駆動軸（１１ｂ，１１ｃ，５１ｂ，５１ｃ）が突出する開口部（４３ｄ，４４ｄ，５２ｄ，５３ａ）を有するものである。
従って、ヨークの存在により可動コアを通る磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、電磁アクチュエータの駆動力が増す。
柱状体である可動コアと駆動コイルの長さとを軸方向に長くし、駆動コイルの層数を少なくすることにより、可動コアの変位可能な距離を容易に長くすることができるとともに、駆動コイルの巻数を減らさなくても電磁アクチュエータの設置面積を容易に小さくすることができる。よって、請求項４に記載の発明は、鍵盤装置のような、各鍵に対する設置幅が小さい装置に使用する電磁アクチュエータの変位位置検出に適している。
【００１２】
請求項５に記載の発明においては、請求項１から４までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、第１の電磁アクチュエータ（１1）及び第２の電磁アクチュエータ（１2）として、前記電磁アクチュエータ（１）を有し、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）の可動コア及び前記第２の電磁アクチュエータ（１2）の可動コアとを共通化して１つの可動コア（５１ａ）とするとともに、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）及び前記第２の電磁アクチュエータ（１2）とを、前記１つの可動コア（５１ａ）の変位方向に沿って配置し、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）は前記１つの可動コア（５１ａ）を一方向に駆動し、前記第２の電磁アクチュエータ（１2）は前記１つの可動コア（５１ａ）を逆方向に駆動し、前記検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ）は、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）及び前記第２の電磁アクチュエータ（１2）のいずれか一方のみに設けられるものである。
従って、２個の単方向駆動電磁アクチュエータを用いて、可動コアを双方向に駆動することができる。可動コアが共通であるので、２個の電磁アクチュエータが独立して存在するよりも、省スペース化がはかれる。
検出コイルは、第１の電磁アクチュエータ及び第２の電磁アクチュエータのいずれか一方のみに設けられることから、部品点数を減らすことができる。
【００１３】
ここで、検出コイルを、第１の電磁アクチュエータ及び第２の電磁アクチュエータのいずれか一方のみに設ける場合とは、可動コアのいずれか一方向の駆動の際にのみ変位位置の検出が必要とされる場合である。また、駆動コイルと検出コイルとの相互結合係数が、いずれの駆動コイルに駆動電流が供給されるときも、可動コアの変位位置に応じて変化する場合である。
【００１４】
当然ながら、第１，第２の検出コイルを、それぞれ、第１，第２の電磁アクチュエータに設けてもよい。この場合、変位位置検出手段は、第１の電磁アクチュエータが駆動されるときに、第１の検出コイルの出力電圧を入力し、第２の電磁アクチュエータが駆動されるときに第２の検出コイルの出力電圧を入力して、変位位置検出信号を出力する。
この場合において、さらに、上述したように、駆動コイルと検出コイルとの相互結合係数が、いずれの駆動コイルに駆動電流が供給されるときも、可動コアの変位位置に応じて変化する場合、変位位置検出手段は、第１，第２の検出コイルの出力電圧を個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力することが可能である。
【００１５】
上述した請求項４に記載の発明に代えて、電磁アクチュエータとして次の構成の電磁アクチュエータを用いた発明とすることもできる。
電磁アクチュエータ（６０1、６０2）は、外側固定コア（６２ａ，６３ａ）と内側固定コア（６２ｂ，６３ｂ）の互いの一端面が結合固定コア（６２ｃ，６３ｃ）により結合され、前記外側固定コア（６２ａ，６３ａ）と前記内側固定コア（６２ｂ，６３ｂ）との間に、前記結合固定コア（６２ｃ，６３ｃ）を底部とする凹部が形成され、該凹部に前記駆動コイル（６５ａ，６５ｂ）及び前記検出コイル（６６ａ，６６ｂ）が嵌挿され、前記可動コア（６１ａ）は、板状体であって、前記凹部の開口部に対し、当該可動コア（６１ａ）の変位に従って変化する間隙を介して配置されることにより、前記板状体の面に垂直な軸方向に沿って直線変位可能であり、該板状体の少なくとも一端面の、該板状体の面に垂直な軸方向に駆動軸（６１ｂ）が突設されたものである。
従って、上述した外側固定コア、内側固定コア、結合固定コアの存在により可動コアを通る磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、電磁アクチュエータの駆動力が増す。
上述した内側固定コアに中空部を設けることができ、この中空部に、コイルバネ（７０，７１）など機械系の要素を挿入できる。
板状体である可動コアの面積を広くし、駆動コイルの長さを短く駆動コイルの層数を多くすることにより、駆動コイルの巻数を減らさなくても電磁アクチュエータの設置高さを容易に小さくすることができる。
また、上述した構成においても、上述した請求項５に記載の発明と同様に、第１の電磁アクチュエータ（６０1）及び第２の電磁アクチュエータ（６０2）として、前記電磁アクチュエータ（１）を有するものとすることができる。その際、可動コアを共通化して１つの可動コア（６１ａ）とする。前記検出コイルは、前記第１の電磁アクチュエータ（６０1）及び前記第２の電磁アクチュエータ（６０2）の一方又は両方に設けられる（６６ａ，６６ｂ）。前記外側固定コア（６２ａ）と前記外側固定コア（６３ａ）とは、これらの外周面をヨーク（６４）で結合固定することができる。
【００１６】
なお、以上に説明した電磁アクチュエータ（１）を変位位置検出センサとすることにより、以上に説明した変位位置検出装置を、変位位置検出センサの変位位置検出装置として使用することができる。
すなわち、可動コア（１１ａ）と、該可動コア（１１ａ）を励磁させる励磁コイル（１２）と、前記可動コア（１１ａ）の変位位置に応じて前記励磁コイル（１２）との相互結合係数が変化する位置に配置された検出コイル（１３）を有し、前記可動コア（１１ａ）が機械装置の可動子又は接触子（５）に結合されるものを、変位位置検出センサとする。
パルス幅変調信号に従って駆動コイル（１２）に駆動電流を供給していた駆動手段（２２）を、励磁コイル（１２）に励磁電流を供給する励磁手段とする。
上述した検出コイル（１３）は、主検出コイル（１３ａ）と補助検出コイル（１３ｂ）とを有するものとすることができる。
上述した変位位置検出センサの具体的な構造、及び、変位位置検出手段（３）の構成は、上述した請求項１から５までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ、及び、上述した請求項４に記載の発明に代わる発明と同様のものを採用できる。
【００１７】
上述した各請求項の引用記載及び請求項４に記載の発明に代わる発明において、「発明を特定するための事項」に付した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」における、「発明を特定するための事項」に対応するものに付した符号である。この符号は、「発明を特定するための事項」とその一例との対応を示すにすぎない。「発明を特定するための事項」は、この符号により対応付けられた一例に限定されない。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、パルス幅変調信号に従って駆動される電磁アクチュエータの変位位置を、簡単な構造及び簡単な検出手段で検出できるという効果がある。
本発明は、電子鍵盤楽器の鍵、ダンパーペダル等のペダルに取り付けられた、力覚制御用及び又は自動演奏用の電磁アクチュエータの変位位置を検出するのに適している。
また、本発明は、弦を備える鍵盤楽器の鍵に電磁アクチュエータを取り付けることにより、演奏者の鍵操作を補助したり、演奏者の代わりに自動演奏させたりする場合、又は、鍵操作の補助及び自動演奏を、動作モードを切り替えて実行する場合に、電磁アクチュエータの変位位置を検出するのに適している。
また、本発明は、車両等の内燃機関における吸気、排気、燃料噴射等を行う弁体の開閉をする電磁アクチュエータの変位位置を検出するのにも適している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明の実施の一形態を説明する機能ブロック図である。
【図２】図１に示した電磁アクチュエータの第１の具体例を示す構造図である。
【図３】図２に示した電磁アクチュエータの動作説明図である。
【図４】図１に示した電磁アクチュエータの第２の具体例と第３の具体例とを示す構造図である。
【図５】図１に示したサンプリング信号発生回路及び同期サンプリング回路の一具体例を示す回路図である。
【図６】図５に示した回路における各部の信号波形を示す波形図である。
【図７】図５に示した主検出コイル及び補助検出コイルの逆直列接続出力電圧と可動コアの変位位置との関係を示す波形図である。
【図８】図５に示した主検出コイル及び補助検出コイルの逆直列接続出力電圧のサンプル値と可動コアの変位位置との対応関係を示すグラフである。
【図９】質量体を備えるタイプの電子鍵盤楽器において、図２に示した電磁アクチュエータを付加することにより力覚制御をする場合の鍵盤装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本願発明の実施の一形態を説明する機能ブロック図である。
図中、電磁アクチュエータ１は、可動コア（可動鉄心）１１ａと駆動コイル１２を有する。可動コア１１ａは、磁性材料で形成され、プランジャ１１（図２）の一構成要素であり、電磁誘導により発生する駆動力を機械系可動部材５、例えば、電子鍵盤楽器の鍵やペダル、内燃機関の弁などに伝達する。この電磁アクチュエータ１には、検出コイル１３が付加されている。
【００２１】
駆動部２は可動コア１１ａに駆動力を与えることにより可動コア１１ａを変位させる。この駆動部２は、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、以下、PWMという）信号発生回路２１から出力されるPWM信号に従って、駆動コイル１２にPWM駆動電流を供給する駆動回路２２を有する。PWM信号発生回路２１は、駆動制御部４から出力される指示値に従ってPWM信号のデューティ比（Duty Ratio）を変化させる。
【００２２】
検出コイル１３は、駆動コイル１２との相互誘導、すなわち、相互結合係数が、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する位置に配置される。具体的に説明すると、駆動コイル１２を流れる電流がオンとなったときに発生する磁束のうち、検出コイル１３を貫く磁束の、ゼロからの変化量が、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する位置に、この検出コイル１３が配置される。
その結果、相互誘導により、検出コイル１３は、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する誘導起電力を発生する。上述した相互結合係数は、交流電気回路における相互インダクタンス(Ｍ)に相当する。
【００２３】
変位位置検出部３は、検出コイル１３の出力電圧を入力し、可動コア１１ａの変位位置を検出する。この変位位置検出部３は、駆動部２におけるPWM信号発生回路２１が出力するPWM信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生回路３１と、このサンプリング信号に同期して、このサンプリング信号のタイミングで、検出コイル１３の出力電圧をサンプリングし、後続回路に、変位位置検出信号を出力する同期サンプリング回路３２を有する。
【００２４】
同期サンプリング回路３２の出力は、図８を参照して後述するように、可動コア１１ａの変位位置だけではなく、PWM信号のデューティ比によっても変動する。そのため、図示の変位位置検出部３は補正部３３を有する。この補正部３３は、同期サンプリング回路３２から変位位置検出信号を入力し、これを駆動制御部４から出力されるPWM信号のデューティ比に応じて補正した変位位置検出信号を、変位位置検出部３の出力とする。
上述した同期サンプリング回路３２、及び又は、補正部３３が出力する変位位置検出信号は、ディジタル値として出力されることが好ましい。アナログ値をディジタル値に変換する具体的な方法は、図５を参照して後述する。
【００２５】
上述した駆動制御部４は、電磁アクチュエータ１から機械系可動部材５に与えるべき駆動力に応じて、指示値、例えば、デューティ比を、PWM信号発生回路２１及びサンプリング信号発生回路３１に出力する。このPWM信号は一定の繰り返し周期で発生する。駆動力を大きくするには、デューティ比を大きくすることにより、駆動コイル１２の通電時間を大きくする。
駆動コイル１２に供給される電流のオンオフによって、駆動コイル１２が発生する磁束が時間的に変化する。上述した検出コイル１３には、この磁束変化に応じて誘導起電力を発生する。検出コイル１３は、可動コア１１ａの変位により駆動コイル１２との相互結合係数が変化する位置に配置されているため、検出コイル１３に発生する起電力は、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する。
【００２６】
検出コイル１３に発生する起電力は、図６，図７を参照して説明するように、PWM信号の１周期内において時間的に変化する。そのため、サンプリング信号発生回路３１により、可動コア１１ａの変位位置を検出するのに適した位相でサンプリング信号を発生させる。同期サンプリング回路３２が出力するサンプル値は、通常、サンプルホールドされ、次のサンプリング信号のタイミングで更新される。サンプル値は、可動コア１１ａの現在の絶対位置に対応した出力となる。
【００２７】
検出コイル１３の出力電圧には、可動コア１１ａの変位位置により変化しない成分も含まれ、また、リンギングや外部ノイズも含まれる。そのため、上述した検出コイル１３は、主検出コイルと補助検出コイル（図２に示す具体例では、主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）とを有するものとする。
駆動コイル１２と主検出コイル１３ａとの第１の相互結合係数が可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する第１の特性と、駆動コイル１２と補助検出コイル１３ｂとの第２の相互結合係数が可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する第２の特性とが、互いに異なるように、主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂとが配置される。
【００２８】
この場合、同期サンプリング回路３２は、上述した第１の相互結合係数の極性と、第２の相互結合係数の極性とが逆になるように、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものを検出コイル１３として、その出力電圧（主検出コイル１３ａの出力と補助検出コイル１３ｂの出力との差動出力電圧）をサンプリングする。
その結果、上述した主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものでは、可動コア１１ａの変位位置によらない電圧成分、加えて、リンギングや外部ノイズが相殺される。
【００２９】
この補助検出コイル１３ｂは、例えば、駆動コイル１２の磁束変化に応じて起電力を発生するが、可動コア１１ａの変位によって相互結合係数が変化しにくい位置に配置される。例えば、補助検出コイル１３ｂは、駆動コイル１２に対し、主検出コイル１３ａと同等又は近い位置に配置されるとともに、可動コア１１ａの変位方向に沿って、主検出コイル１３ａに隣接する位置に配置される。
上述した補正部３３は、同期サンプリング回路３２の出力電圧を変位位置に変換する補正テーブル、又は、同期サンプリング回路３２の出力電圧を変数として変位位置を算出する補正関数を備える。この補正テーブル及び補正関数は、デューティ比に応じて異なるものが用意され、PWM信号発生回路２１から取得されるデューティ比に応じて選択される。
【００３０】
上述したPWM信号の指示値（デューティ比）を出力するのは、電磁アクチュエータ１の駆動力を制御するためである。しかし、可動コア１１ａを駆動する期間内、又は、可動コア１１ａを駆動しない休止期間内に、一時的又は周期的（例えば、PWM信号の10周期につき、１周期の期間）に、変位位置検出期間を設けてもよい。変位位置検出期間とする割合が小さければ、電磁アクチュエータ１の駆動制御に影響を与えない。
駆動制御部４は、変位位置検出期間において、変位位置の検出に適したデューティ比となる指示値を出力することが好ましい。検出コイル１３の出力電圧が高くなったり、この出力電圧が変位位置に対し大きく変化したりするデューティ比が適している。また、駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比も適している。
PWM信号発生回路２１は、この変位位置検出期間において、デューティ比を所定値に設定し、サンプリング信号発生回路３１が、変位位置検出期間において、PWM信号に同期したサンプリング信号を生成し、補正部３３が、同期サンプリング回路３２から入力した変位位置検出信号を、所定値に設定されたデューティ比に応じて補正する。
【００３１】
上述した駆動制御部４、補正部３３は、例えば、CPUがソフトウエアプログラムを実行することにより実現される。変位位置検出部３が出力する変位位置検出出力は、さらに、変位速度を検出するために利用できる。CPUは、検出された変位位置、変位速度に応じて、電磁アクチュエータ１の駆動力を決定し、駆動制御部４から駆動部２に対し、駆動力に対応する指示値を出力する。
【００３２】
図２は、図１に示した電磁アクチュエータ１の第１の具体例を示す構造図である。図中、図１の機能ブロックに対応する部分には同じ符号を用いている。
図示の電磁アクチュエータは双方向駆動型であり、往動電磁アクチュエータ１1及び復動電磁アクチュエータ１2を有する。往動電磁アクチュエータ１1の可動コアと復動電磁アクチュエータ１2の可動コアとを共通化して１つの可動コア１１ａとする。往動電磁アクチュエータ１1と復動電磁アクチュエータ１2とを、可動コア１１ａの変位方向に沿って配置し、往動電磁アクチュエータ１1は可動コア１１ａを往動方向に駆動し、復動電磁アクチュエータ１2は可動コア１１ａを復動方向に駆動する。図示の例では、検出コイル１３（主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）は、往動電磁アクチュエータ１1のみに設けているが、復動電磁アクチュエータ１2のみに設けたり両方に設けたりしてもよい。
【００３３】
この電磁アクチュエータ１はソレノイド型である。可動コア１１ａは、柱状体（図示の例では、円柱体）である。
往動電磁アクチュエータ１1の往動コイル（駆動コイル）１２ａ及び検出コイル（主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂ）の中空部と、復動電磁アクチュエータ１2の復動コイル（駆動コイル）１２ｂの中空部とが同軸上に連結されてなる中空部（図示の例では、ボビン４１，４２の軸孔４１ｄ，４２ｄ）に、可動コア１１ａが嵌挿されることにより、柱状体の軸方向に沿って直線変位可能である。
【００３４】
プランジャ１１は、柱状体である可動コア１１ａの軸方向（図示長手方向）に沿った端面１１ａｂ，１１ａｃに、可動コア１１ａの径より小径の駆動軸１１ｂ，１１ｃが突設されたものである。可動コア１１ａが直線変位することにより、第１の駆動軸１１ｂ，第２の駆動軸１１ｃの少なくとも一方が、機械系に駆動力を伝達する。第１の駆動軸１１ｂ，第２の駆動軸１１ｃの一方のみが存在してもよい。
【００３５】
図中、４３は往動電磁アクチュエータ１1におけるヨーク、４４は復動電磁アクチュエータ１2におけるヨーク、４５は両電磁アクチュエータに共通の仕切りヨークである。ヨーク（継鉄）は、磁性材料で形成され、可動コア１１ａとともに、磁力線が通る通路となる。
ヨーク４３、ヨーク４４は、矩形平板部材が直角に折り曲げられて、端面４３ａ、端面４４ａの両端に、側面部４３ｂ，４３ｃ、側面部４４ｂ，４４ｃが形成されたコの字型部材である。端面４３ａ，４４ａの中心に、ボビン挿通孔４３ｄ，４４ｄが形成され、図示の例では、これが、プランジャ挿通孔ともなる。一方、仕切りヨーク４５の中心にもプランジャ挿通孔４５ａが形成される。
【００３６】
ヨーク４３、仕切りヨーク４５は、往動コイル１２ａ、主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂの外部に配置され、ボビン挿通孔４３ｄは、駆動軸１１ｂがヨーク４３から突出するための開口部となる。同様に、ヨーク４４、仕切りヨーク４５は、復動コイル１２ｂの外部に配置され、ボビン挿通孔４４ｄは、ヨーク４４から駆動軸１１ｃが突出するための開口部となる。
上述したヨークは、往動コイル１２ａ，復動コイル１２ｂが可動コア１１ａに与える駆動力を強力にするために設けられたものであり、必須の構成ではない。仕切りヨーク４５は、往動電磁アクチュエータ１1の磁気回路と、復動電磁アクチュエータ１2の磁気回路とを分離する。ただし、ヨーク４３とヨーク４４とは、往動コイル１２ａ、復動コイル１２ｂの一部を囲むだけであるので、磁気的に完全には分離されていない。
【００３７】
４１，４２は合成樹脂製のボビンであり、円筒状の巻回部４１ａ，４２ａと、この両端に鍔部４１ｂ，４１ｃ、４２ｂ，４２ｃを備え、巻回部４１ａ，４２ａの軸方向に軸孔４１ｄ，４２ｄが形成される。鍔部４１ｂ，４２ｃには、環状段差部４１ｅ，４２ｅが形成され、軸孔４１ｄ，４２ｄの開口位置が延長される。
第１のボビン４１ａ、第２のボビン４１ｂは、可動コア１１ａの変位方向に沿って配設され、鍔部４１ｃと４２ｂとが、仕切りヨーク４５を介して隣接配置され、軸孔４１ｄ，４２ｄの軸心が一致する。
【００３８】
往動コイル１２ａ、復動コイル１２ｂは、それぞれ、巻回部４１ａ，４２ａに巻かれている。図示の例では、検出コイル１３（主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）は、往動コイル１２ａの外周に重ねて巻かれることにより、往動コイル１２ａに重畳して積層配置される。
逆に、検出コイル１３の巻回後に、駆動コイル１２（往動コイル１２ａ）を積層配置してもよい。積層配置に代えて、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂの間に駆動コイル１２（往動コイル１２ａ）を並置してもよい。
【００３９】
主検出コイル１３ａは、可動コア１１ａの変位方向に沿って、位置原点４６（ヨーク４３の端面４３ａの外側位置）に近い側に巻回され、補助検出コイル１３ｂは、位置原点４６から遠い、仕切りヨーク４５側に巻回される。
典型例としては、両検出コイルの巻回数は同一であり、かつ、往動コイル１２ａを軸方向に等分割する面に対して対称的に配置されているが、これらは必須の条件ではない。
【００４０】
往動電磁アクチュエータ１1において、その往動コイル１２ａに、図１の駆動回路２２からPWM駆動電流が供給されるとき、磁気回路の磁気抵抗が最も小さくなる位置へと可動コア１１ａが変位するように駆動力が発生する。その際、駆動力の大きさは、PWM駆動電流のデューティ比と、可動コア１１ａの変位位置によって変化する。
図示の例では、可動コア１１ａの端面１１ａｂとヨーク４３の端面４３ａの外面とが、ほぼ同一面となる方向に、可動コア１１ａが往動する。
【００４１】
上述した端面１１ａｂは、ボビン挿通孔４３ｄの外端のエッジ（端面４３ａとの境界）と、ボビン挿通孔４３ｄの内端のエッジ（鍔部４１ｂとの境界）とに吸引され、端面１１ａｂと端面４３ａの外面とが、ほぼ同一面となる状態が、可動コア１１ａの上死点となる。この上死点を位置原点４６とする。
上述したボビン挿通孔４３ｄが端面４３ａに対し鋭角（逆テーパ状の孔）となるようにすれば、上述した外端のエッジの吸引力が、上述した内端のエッジの吸引力よりも大きくなるから、上述した上死点が端面４３ａの外面に近づく。
【００４２】
一方、復動電磁アクチュエータ１2において、その復動コイル１２ｂに、PWM駆動電流が供給されるときも、同様に、磁気回路の磁気抵抗が最も小さくなる位置へと可動コア１１ａが変位するように駆動力が発生する。
図示の例では、可動コア１１ａの端面１１ａｃとヨーク４４の端面４４ａの外面とが、ほぼ同一面となる方向に、可動コア１１ａが復動する。
ここで、端面４３ａの外面と端面４４ａの外面との間隔をL1、可動コア１１ａの長さをL2とする。このとき、図示の例では、ほぼL2＝L1×（3/4）であるが、目安として、L1×（1/2）＜L2＜L1の範囲で、双方向駆動と変位位置検出が可能である。
【００４３】
図３は、図２に示した電磁アクチュエータの動作説明図である。図２に示した電磁アクチュエータを鉛直方向に配置しているが、重力を無視して説明する。
図３（ａ）は、可動コア１１ａの端面１１ａｂがヨーク４３の端面４３ａの外面と、ほぼ同一面となる状態にあり、可動コア１１ａは、この状態よりも上に変位するようには駆動されない上死点の状態である。
図３（ｂ）は、可動コア１１ａが中間位置にある状態である。
図３（ｃ）は、可動コア１１ａの端面１１ａｃがヨーク４４の端面４４ａの外面と、ほぼ同一面となる状態にあり、可動コア１１ａは、この状態よりも下に変位するようには駆動されない下死点の状態である。
【００４４】
往動コイル１２ａにPWM駆動電流が供給される場合を説明する。
可動コア１１ａが図３（ｂ）の状態にあり、往動コイル１２ａにPWM駆動電流が供給される。今、可動コア１１ａが往動し、機械系可動部材５との力の均衡により、最大限に変位した場合に、図３（ａ）の上死点に至る。
このとき、可動コア１１ａの端面１１ａｂが位置原点４６にあることから、可動コア１１ａが主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの両者の中空部に入り込んでいる。その結果、往動コイル１２ａと主検出コイル１３ａとの相互結合係数と、往動コイル１２ａと補助検出コイル１３ｂとの相互結合係数とは、同じになる。従って、主検出コイル１３ａに相互誘導される起電力と補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力とが、ほぼ等しい。
【００４５】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、可動コア１１ａの端面１１ａｂが位置原点４６からx＞0の距離にある場合、可動コア１１ａは、補助検出コイル１３ｂの中空部に入り込んでいるが、主検出コイル１３ａには、その中空部の一部から抜けている。その結果、往動コイル１２ａと主検出コイル１３ａとの相互結合係数よりも、往動コイル１２ａと補助検出コイル１３ｂとの相互結合係数の方が大きくなる。
従って、主検出コイル１３ａに相互誘導される起電力は、補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力よりも小さくなる。
【００４６】
また、図３（ｃ）に示すように、可動コア１１ａの端面１１ａｃがヨーク４４の端面４４ａの外面と一致するとき、可動コア１１ａの端面１１ａｂが位置原点４６から、ほぼx＝L1÷4の距離にある。
このとき、可動コア１１ａは、補助検出コイル１３ｂの中空部に入り込んでいるが、主検出コイル１３ａの中空部から完全に抜けている。その結果、往動コイル１２ａと主検出コイル１３ａとの相互結合係数は、最も小さくなる。従って、主検出コイル１３ａに相互誘導される起電力は最も小さくなる。
【００４７】
次に、復動コイル１２ｂにPWM駆動電流が供給されている場合について説明する。
この場合も、電磁アクチュエータ１と機械系可動部材５との力の均衡により、図３（ａ）〜図３（ｃ）の状態になりうる。特に、図３（ｃ）は、復動コイル１２ｂにPWM駆動電流が供給されることにより、可動コア１１ａが復動され、復動方向に最大限に変位した状態である。
【００４８】
主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂが、図示のように、往動コイル１２ａ側に巻回されている場合は、復動コイル１２ｂと離れていることに加えて、仕切ヨーク４５があることから、復動コイル１２ｂと主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂとの間の相互結合係数が小さい。そのため、復動コイル１２ｂから主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力は、往動コイル１２ａに駆動電流が供給される場合よりも小さくなる。
しかし、可動コア１１ａの変位位置は、図３（ａ）〜図３（ｃ）の状態によって異なるため、先に説明した往動コイル１２ａに駆動電流を供給している場合と同様に、復動コイル１２ｂから、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力は、図３（ａ）〜図３（ｃ）の状態によって変化し、相互誘導される起電力の差も変化する。従って、変位位置の検出が可能である。
【００４９】
また、PWM信号に従って、復動コイル１２ｂにPWM駆動電流が供給され、復動電磁アクチュエータ１2が駆動されているとき、一時的又は周期的に変位位置検出期間を設け、非駆動側の往動コイル１２ａにもPWM駆動電流を供給してよい。
復動コイル１２ｂ及び往動コイル１２ａの両者から、往動電磁アクチュエータ１1の主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力が変化することにより、変位位置が検出される。
その際、復動コイル１２ｂに対するPWM信号と同じPWM信号に従って、往動コイル１２ａに駆動電流を供給する。この場合は、検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに、復動コイル１２ｂと往動コイル１２ａの両者から相互誘導される起電力が干渉しない。
また、図１を参照して先に説明した変位位置の検出に適したデューティ比又は駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比となるPWM信号に従って、往動コイル１２ａに駆動電流を供給してもよい。
【００５０】
一方、主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂを、往動，復動電磁アクチュエータ１1，１2のそれぞれに設けてもよい。
変位位置検出手段は、往動電磁アクチュエータ１1を駆動する場合、往動電磁アクチュエータ１1の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧を入力して、変位位置検出信号を出力する。変位位置検出部３は、復動電磁アクチュエータ１2を駆動する場合、復動電磁アクチュエータ１2の図示しない主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧を入力して、変位位置検出信号を出力する。
また、変位位置検出部３は、往動電磁アクチュエータ１1の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧と、復動電磁アクチュエータ１2の主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧とを個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力することも可能である。
【００５１】
また、往動，復動電磁アクチュエータ１1，１2の一方（例えば、往動電磁アクチュエータ１1）が駆動されているとき、一時的又は周期的に変位位置検出期間を設け、非駆動側の他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の駆動コイル（復動コイル１２ｂ）にもPWM駆動電流を供給してよい。
その際、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ１1）の駆動コイル（往動コイル１２ａ）に対するPWM信号と同じPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の駆動コイル（復動コイル１２ｂ）に駆動電流を供給する。また、変位位置の検出に適したデューティ比又は駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比となるPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の駆動コイル（復動コイル１２ｂ）に駆動電流を供給してよい。
変位位置検出部３は、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ１1）の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧と、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧とを個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力する。
【００５２】
図４は、図１に示した電磁アクチュエータ１の第２の具体例（図４（ａ））と第３の具体例（図４（ｂ））とを示す構造図である。
図４（ａ）は、ソレノイド型で単方向駆動型の具体例である。図中、図２に対応する部分に同じ符号を用いている。
プランジャ５１は、磁性材料で形成された可動コア５１ａと、この可動コア５１ａの変位方向に沿う端面５１ａｂ，５１ａｃに突設され、可動コア５１ａの径よりも小径の第１の駆動軸５１ｂと第２の駆動軸５１ｃを有し、可動コア５１ａの長手方向に沿って直線変位する。第１の駆動軸５１ｂ，第２の駆動軸５１ｃの少なくとも一方が、機械系に駆動力を伝達する。第１の駆動軸５１ｂ，第２の駆動軸５１ｃの一方のみが存在してもよい。
【００５３】
往動コイル１２ａはボビン５４に巻かれている。ボビン５４は、図２に示したボビン４１と同様なものであるが、ボビン５４は、軸孔５４ｄを有し、鍔部５４ｂ，５４ｃのそれぞれに環状段差部５４ｅ，５４ｆが形成されている。
主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとは、図２と同様に、往動コイル１２ａの外周に重ねて巻かれている。主検出コイル１３ａは、位置原点４６に近い側に、補助検出コイル１３ｂは、位置原点４６から遠い側に巻回されている。
【００５４】
ヨーク５２は、磁性材料で形成された矩形平板部材が、端面５２ａの両側で直角に折り曲げられ側面部５２ｂ，５２ｃが形成されたものである。ヨーク５３は、磁性材料で形成された矩形平板部材である。ヨーク５２の側面部５２ｂ，５２ｃの端部とヨーク５３の端部とが結合固定される。ヨーク５３も端面となる。端面５２ａとヨーク５３の中心に、ボビン挿通孔５２ｄ，５３ａが形成されている。
上述したヨーク５２，５３は、往動コイル１２ａ、主検出コイル１３ａ、及び、補助検出コイル１３ｂの外部に配置され、環状段差部５４ｅ，５４ｆは、それぞれ、ボビン挿通孔５２ｄ，５３ａに嵌合される。なお、ヨーク５２，５３は必須の構成ではない。
【００５５】
可動コア５１ａは、往動コイル１２ａ、主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの内部、具体的には、ボビン５４の軸孔５４ｄの内部に、直線変位可能に収容される。第１の駆動軸５１ｂは、ボビン５４の軸孔５４ｄから突出する。その結果、ボビン挿通孔５２ｄは、第１の駆動軸５１ｂが、ヨーク５２から変位可能に突出する開口部となる。
一方、可動コア５１ａは、ボビン５４の環状段差部５４ｆから突出する。その結果、ボビン挿通孔５３ａは、可動コア５１ａがヨーク５３から変位可能に突出する開口部となる。
ここで、端面５２ａの外面と端面５３の外面との間隔をL3、可動コア５１ａの長さをL4とする。L3≦L4であれば往動駆動が可能である。端面５２ａの外面（位置原点４６）から可動コア５１ａの端面５１ａｂまの距離をxとしたとき、目安として、0≦x＜（L3÷2）の範囲で変位位置検出が可能である。
【００５６】
図４（ｂ）は、板状の可動コアを用いた、双方向駆動型電磁アクチュエータの具体例である。
往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2の可動コアとを共通化して１つの可動コア６１ａとするとともに、往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2とを、１つの可動コア６１ａの変位方向に沿って配置したものである。往動電磁アクチュエータ６０1は可動コア６１ａを往動方向に駆動し、復動電磁アクチュエータ６０2は可動コア６１ａを復動方向に駆動する。第１の検出コイル６６ａ，第２の検出コイル６６ｂは、それぞれ、往動電磁アクチュエータ６０1及び復動電磁アクチュエータ６０2に設けられる。往動方向又は復動方向の駆動時に変位位置検出が不要な場合は、対応する第１の検出コイル６６ａ又は第２の検出コイル６６ｂが不要である。
【００５７】
往動電磁アクチュエータ６０1及び復動電磁アクチュエータ６０2において、磁性材料で形成された固定コア（固定鉄心）６２，６３は、外側固定コア６２ａ，６３ａと内側固定コア６２ｂ，６３ａとの互いの一端面が結合固定コア６２ｃ，６３ｃにより結合され、外側固定コア６２ａ，６３ａと内側固定コア６２ｂ，６３ａとの間に、結合固定コア６２ｃ，６３ｃを底部とする凹部が形成され、この凹部に駆動コイル（往動コイル６５ａ，復動コイル６５ｂ）及び検出コイル（第１の検出コイル６６ａ，第２の検出コイル６６ｂ）が収容される。
図示の例では、外側固定コア６２ａと内側固定コア６２ｂとが中空円筒形状、結合固定コア６２ｃが円板形状である。固定コア６２，６３の上述した凹部の開口部は、外側固定コア６２ａ，６３ａの端面６２ｄ，６３ｄと、内側固定コア６２ｂ，６３ｂの端面６２ｅ，６３ｅとの間に形成される。
【００５８】
プランジャ６１は、可動コア６１ａと駆動軸６１ｂを有する。可動コア６１ａは、磁性材料で形成された板状体であって、図示の例では、平面円板状であるが、背景技術で引用した特許文献４記載のアーマチャーのように、その厚みに凹凸があるものでもよい。
可動コア６１ａは、固定コア６２，６３の外部に配置される。上述した固定コア６２，６３の凹部の開口部に対し、可動コア６１ａの変位に従って変化する間隙を介して配置されることにより、可動コア６１ａの面に垂直な軸方向に沿って直線変位可能であり、かつ、往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2とを磁気的にほぼ分離している。
可動コア６１ａの少なくとも一端面の、この可動コア６１ａの面に垂直な軸方向には、駆動軸６１ｂが突設されている。図示の例では、可動コア６１ａの中心に形成された孔６１ｃに駆動軸６１ｂの先端部６１ｄが挿入され、嵌合、溶接等により両者が固着されている。
復動電磁アクチュエータ６０2においては、結合固定コア６３ｃの中心に、プランジャ挿通孔６３ｆが形成されている。
【００５９】
可動コア６１ａが直線変位することにより、駆動軸６１ｂが、機械系に駆動力を伝達する。図示の状態は、可動コア６１ａの変位位置が中間点にある状態である。
往動コイル６５ａ，復動コイル６５ｂは、それぞれ、ボビン６７、６８に巻回され、第１の検出コイル６６ａ，第２の検出コイル６６ｂは、それぞれ、往動コイル６５ａ，復動コイル６５ｂに重ね巻きされる。内側固定コア６２ｂ，６３ｂの外周面にボビン６７，６８の軸孔が嵌挿される。
【００６０】
固定コア６２，６３は、互いの結合固定コア６２ｃ，６３ｃを外側にして、外側固定コア６２ａ，６３ａ同士、内側固定コア６２ｂ，６３ｂ同士の対応する開口面を対向させることにより内部空間６９が設けられる。
固定コア６２，６３は、磁性材料で形成された中空円筒形状のヨーク６４により、互いの軸心を一致させた同軸構造で結合固定され、一体化される。ヨーク６４は、往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2とを一体化するためと、可動コア６１ａに与える駆動力を強力にするために設けられたものであり、必須の構成ではない。
【００６１】
この一体化の際、内側固定コア６２ｂの軸孔にコイルバネ７０が収容され、内側固定コア６３ｂの軸孔にコイルバネ７１が収容され、両コイルバネ７１，７２により、可動コア６１ａがバランスのとれた付勢状態で移動可能に支持される。
駆動軸６１ｂは、コア６３のプランジャ挿通孔６３ｆから外部に突出される。可動コア６１ａの周縁は、ヨーク６４の内周面と微細な間隙を有するか、又は、ヨーク６４の内周面に接触して摺動するように設計される。
図示を省略するが、内部空間６９と外界との間に、空気を流入流出させる空気孔を設ける。例えば、固定コア６２，６３，ヨーク６４の適当な位置に空気孔を設ける。プランジャ挿通孔６３ｆも空気孔となり得る。
【００６２】
往動電磁アクチュエータ６０1として動作させるとき、往動コイル６５ａにPWM駆動電流が供給される。可動コア６１ａが固定コア６２の端面６２ｄ，６２ｅに吸引される往動方向の駆動力が発生する。このとき、可動コア６１ａが端面６２ｄ，６２ｅに近づくほど、往動コイル６５ａと第１の検出コイル６６ａとの相互結合係数が大きくなる。従って、第１の検出コイル６６ａに相互誘導される起電力が大きくなる。
一方、復動電磁アクチュエータ６０2として動作させるときは、復動コイル６５ｂにPWM駆動電流が供給される。可動コア６１ａが固定コア６３の端面６３ｄ，６３ｅに吸引される復動方向の駆動力が発生する。このとき、可動コア６１ａが端面６３ｄ，６３ｅに近づくほど、復動コイル６５ｂと第２の検出コイル６６ｂとの相互結合係数が大きくなる。従って、第２の検出コイル６６ｂに相互誘導される起電力が大きくなる。
可動コア６１ａの変位位置は、電磁力による駆動力と、コイルバネ７０，７１の付勢力を含む機械系可動部材５の力との均衡による。
【００６３】
上述した説明では、往動電磁アクチュエータ６０1として動作させるとき、第１の検出コイル６６ａを検出コイル１３として使用し、復動電磁アクチュエータ６０2として動作させるとき、第２の検出コイル６６ｂを検出コイル１３として使用していた。
これに代えて、往動，復動電磁アクチュエータ６０1，６０2の一方（例えば、往動電磁アクチュエータ６０1）が駆動されているとき、一時的又は周期的に変位位置検出期間を設け、非駆動側の他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）にもPWM駆動電流を供給してもよい。
その際、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ６０1）の駆動コイル（往動コイル６５ａ）に対するPWM信号と同じPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）に駆動電流を供給する。または、変位位置の検出に適したデューティ比又は駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比となるPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）に駆動電流を供給する。
変位位置検出部３は、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ６０1）の検出コイル６６ａの出力電圧と、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の検出コイル６６ｂの出力電圧とを個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力する。
なお、第１，第２の検出コイル６６ａ，６６ｂの一方しか存在しない場合において、検出コイルの存在しない側の電磁アクチュエータが非駆動状態であるとき、この電磁アクチュエータに、変位位置検出期間において、上述したと同様のPWM駆動電流を供給すれば、変位位置検出が可能となる。
【００６４】
また、上述した変位位置検出期間において、一方の電磁アクチュエータ（例えば、往動電磁アクチュエータ６０1）の駆動コイル（往動コイル６５ａ）に対するPWM信号と同じPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）に駆動電流を供給した場合、第１の検出コイル６６ａと第２の検出コイル６６ｂとを、それぞれの駆動コイル、すなわち、往動コイル６５ａ、復動コイル６５ｂに対する相互結合係数が逆極性になるように、逆直列接続したものを、図１に示した検出コイル１３とすれば、差動検出が可能となる。
その結果、第１の検出コイル６６ａの出力に含まれる可動コア６１ａの変位位置によらない電圧成分と第２の検出コイル６６ｂの出力に含まれる可動コア６１ａの変位位置によらない電圧成分とが相殺する。また、リンギングや外部のノイズなどが、第１の検出コイル６６ａと第２の検出コイル６６ｂに共通して含まれる場合は、同様に相殺される。
上述した手法は、図２に示した電磁アクチュエータにも適用可能である。この場合、往動電磁アクチュエータ１1，復動電磁アクチュエータ１2のそれぞれに１個の検出コイル１３ａを設ければよく、補助検出コイル１３ｂに相当するものは不要である。
【００６５】
図５は、図１に示したサンプリング信号発生回路３１及び同期サンプリング回路３２の一具体例を示す回路図である。図２に示した電子アクチュエータを使用している。
図６は、図５に示した回路における各部の信号波形を示す波形図である。
最初に、駆動部について説明する。PWM信号発生回路２１の出力は矩形波であり、図９（ａ）に、デューティ比（b/a）を20％とした信号波形を示している。PWM信号発生回路２１の出力は、往動駆動、復動駆動を選択する選択部８１を介し、２つの駆動回路２２ａ，２２ｂの一方に供給される。駆動回路２２ａ，２２ｂとして、それぞれ、例えば、Hブリッジ型FETスイッチング回路を使用する。この場合、PWM信号発生回路２１の出力は、駆動回路２２ａ，２２ｂのFETゲート電圧となる。駆動回路２２ａは往動コイル１２ａに、駆動回路２２ｂは復動コイル１２ｂに接続される。
【００６６】
次に、サンプリング信号発生回路３１の具体例を説明する。PWM信号発生回路２１から出力されるPWM信号は、インバータ８２，８３に供給され、図６（ｂ）に示すようにレベル反転される。インバータ８２の出力は、抵抗器８５、ダイオード８６、コンデンサ８７による第１の時定数回路に供給され、図６（ｃ）に示す充放電波形となって、インバータ８８に出力される。同様に、インバータ８３の出力は、抵抗器８９、ダイオード９０、コンデンサ９１による第２の時定数回路に供給され、図６（ｄ）に示す充放電波形となって、インバータ９２に出力される。図示の例では、第１の時定数回路の時定数よりも、第２の時定数回路の時定数の方が長い。
【００６７】
図６（ｅ）に示すインバータ８８の出力と、図６（ｆ）に示すインバータ９２の出力とは、図６（ａ）に示すPWM信号の矩形波の立ち下がりにおいて、後者の方が遅れる。EXOR回路９３は、インバータ８８の出力とインバータ９２の出力との排他的論理和をとる。EXOR回路９３の出力は、抵抗器９４を介して同期サンプリング回路３２に出力されるとともに、コンデンサ９５を介して接地される。なお、第１の時定数回路を省略し、インバータ８２とインバータ８８とを直結してもよい。
EXOR回路９３の出力は、図６（ｇ）に示すように、PWM信号の立ち下がり（ダウンエッジ）において、短い矩形パルスを発生し、これがサンプル点を決めるサンプリング信号となる。
【００６８】
次に、同期サンプリング回路３２について説明する。
電磁アクチュエータ１の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとは、巻線方向を逆にして逆極性直列接続される。これが、図１に示した検出コイル１３に相当し、同期サンプリング回路３２に出力される。この図では、巻始めのコイル端子に丸印を付している。主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂのそれぞれの出力電圧は、図６（ｈ），図６（ｉ）に示すように、図６（ａ）に示すPWM信号に同期した矩形波であって、その立ち上がり後と立ち下がり後とに、リンギング波形が重畳されるとともに、図示を省略したノイズが全体的に重畳されたものである。
【００６９】
駆動回路２２として、上述したHブリッジ型のようなFETスイッチング回路を使用した場合、負荷がインダクタンスであることも原因となって、FETゲート電圧がオンに変化するタイミングから僅かに遅れて電流が流れ始め、FETゲート電圧がオフに変化するタイミングから僅かに遅れて電流が遮断される。
その結果、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂの出力電圧も、上述した出力電流の遅れに応じて遅れることになる。そのため、図６（ｇ）に示すサンプリング信号がハイレベルとなる期間は、駆動回路２２ａがオン状態の期間に含まれるようにすることができる。
【００７０】
図６（ｊ）は、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂを逆極性直列接続したものの出力電圧である。この出力電圧は、図６（ｈ），図６（ｉ）に示す主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂの立ち上がりのタイミングで、一旦正方向のインパルスを発生した後に、急峻に立ち下がり、徐々に一定値に近づき、かつ、次の立ち下がりのタイミングで急峻に立ち上がり、徐々に一定値に近づく。図６（ｊ）の波形の電圧は、最大でも、500mV程度のレベルであり、図６（ｈ），図６（ｉ）に示す主検出コイル１３ａの出力電圧、補助検出コイル１３ｂの約5Vの出力電圧に比べて小さい。
【００７１】
図６（ｊ）に示す出力電圧は、コンデンサ９６と抵抗器９７との直列回路を経てオペアンプ１０１の反転入力端子に入力される。一方、オペアンプ１０１の非反転入力端子には、電源電圧が抵抗器９８，９９とで分圧された電圧が入力される。ただし、抵抗器９９と並列に大容量のコンデンサ１００が接続されている。また、オペアンプ１０１の出力端子から非反転入力端子との間に、負帰還抵抗１０２が接続されている。従って、オペアンプ１０１は、オフセット電圧調整が可能な交流結合反転増幅器として機能する。オペアンプ１０１の出力は、ボルテージフォロワ１０３を経て、アナログゲート回路１０４に出力される。
【００７２】
図６（ｋ）は、オペアンプ１０１の差動出力、すなわち、ボルテージフォロワ１０３の出力電圧であり、図６（ｊ）に示す出力電圧にオフセット電圧が加わり反転増幅されているが、定性的には一致する。
図６（ｋ）に示す出力電圧は、アナログゲート回路１０４に入力され、図示のサンプル点において、図６（ｇ）に示すサンプリング信号により同期サンプリングされ、コンデンサ１０５に充電され、図６（ｋ）に一点鎖線で示す電圧となり、次のサンプル点までホールドされるとともに、次のサンプル点において、再度同期サンプリングされ、サンプルホールドされる。コンデンサ１０５の出力電圧は、ボルテージフォロワ１０６を経て出力される。
【００７３】
先に説明したように、図６（ａ）に示すPWM信号の立ち下がりタイミングよりも主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂの出力電圧の立ち下がりタイミングが遅れるので、図６（ｇ）に示すサンプリング信号のハイレベル期間を、駆動回路２２がオン状態となっている期間の最後の期間に合わせることができる。
上述した説明では、駆動回路２２の動作遅延を利用している。しかし、サンプリング信号を発生させる方法は、上述した方法に限らない。
例えば、図６（ａ）に示すPWM信号の立ち上がりタイミングから所定の遅延時間経過後に短周期の単発パルスを発生する回路を用い、この単発パルスをサンプリング信号としてもよい。上述した所定の遅延時間はPWM信号のデューティ比に応じて制御する。この場合、駆動回路２２の動作遅延は、所定の遅延時間を設定する際に考慮する。
または、検出コイルの出力電圧（図示の例では、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂを逆極性直列接続したものの出力電圧）のレベル変化開始タイミング（PWM信号の立ち上がりに対応するタイミング）を検出し、ここから所定の遅延時間経過したタイミングをサンプル点としてもよい。
【００７４】
上述したボルテージフォロワ１０６の出力は、同期サンプリング回路３２が出力する変位位置検出信号となる。この変位位置検出信号は、アナログ信号であるが、A/D変換器を用いて、ディジタル値に変換した後に、図１に示した補正部３３に出力する。A/D変換器から出力されるディジタル値は、図１に示した補正部３３において、補正テーブルや演算式を用いることにより簡単に補正できる。
補正部３３がアナログ信号に対して補正処理をする場合は、補正部３３が出力する変位位置検出信号をA/D変換してもよい。
【００７５】
また、上述したアナログゲート回路１０４及びコンデンサ１０５によるサンプルホールド機能を、A/D変換器によって実現し、同期サンプリング回路３２がディジタル値を出力することも可能である。
この場合、A/D変換器のサンプルタイミングとして、サンプリング信号発生回路３１の出力を使用する。または、ボルテージフォロワ１０３の出力を、通常のA/D変換と同様に、高速のサンプリングクロックでサンプリングし、そのA/D変換されたディジタル出力系列から、サンプリング信号発生回路３１から発生するサンプリング信号のタイミングにおけるディジタル値を抽出してもよい。
【００７６】
図７は、図５に示した主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの逆直列接続出力電圧波形(図６（ｊ）)と可動コア１１ａの変位位置との関係を示す説明図である。ただし、図示の逆直列接続出力電圧波形は、図６（ｊ）に示した波形と極性が逆であり、図６（ｋ）に示した波形の極性に合わせている。図示の電圧値は、図示のサンプル点におけるサンプル値である。図示のサンプル点は、図６（ｋ）に示したサンプル点よりも若干早い。
PWM信号の周波数15kHz、そのデューティ比20％、可動コアの長さL2≒30mmmである。
図７（ａ）は、可動コア１１ａの変位位置がx＝0mm、すなわち、可動コア１１ａが図３（ａ）の上死点にあるときの逆直列接続出力電圧波形である。
図７（ｂ），図７（ｃ），図７（ｄ）は、それぞれ、図３（ｂ）において、可動コア１１ａの変位位置がx＝2mm，4mm，8mmのときの出力波形である。
可動コア１１ａの変位位置によって、波形形状に変化が見られる。駆動電流がオフとなるタイミングにおける瞬時電圧の大きさが、変位位置に良く対応する。
【００７７】
従って、図1に示したサンプリング信号発生回路３１は、駆動回路２２が出力する駆動電流がオンからオフに切り替わるタイミングの近傍において、サンプリング信号を発生するようにすることが好ましい。その結果、検出コイル１３の出力電圧に含まれる変位位置に応じた電圧成分、又は、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧のレベルが大きく、かつ、リンギングがない期間において、サンプリングすることになるので、変位位置検出信号のS/N（信号対雑音）比が良好になる。
【００７８】
ここで、サンプリング信号のタイミングが、駆動電流がオフになるタイミングよりも早い場合は、サンプル値がほとんど変化しない。しかし、駆動電流がオフになるタイミングよりも遅れると、サンプル値は急速に低下することに留意する必要がある。
また、駆動電流がオンである期間において、駆動電流がオフからオンに切り替わるタイミングの近傍における瞬時電圧は、変位位置との対応は良くないが、PWM信号のデューティ比によって変化しにくい傾向がある。
従って、サンプリング信号発生回路３１は、PWM信号に同期して駆動回路２２が出力する駆動電流がオンである期間においてサンプリング信号を発生するものがよい。
【００７９】
図８は、図５に示した主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの逆直列接続出力電圧のサンプル値と可動コア１１ａの変位位置との対応関係を示すグラフである。実験条件、直列接続出力電圧の極性、サンプル点は、図７と同じである。
図中、横軸は可動コア１１ａの変位位置x［mm］、縦軸は上述した逆直列接続出力電圧のサンプル値である。PWM信号のデューティ比（b/a）を、10，20，40，70［％］とした場合について示す。
可動コア１１ａの変位位置xと逆直列接続出力波形のサンプル値とは、比較的良く比例するが完全ではない。
従って、図1に示した補正部３３が、図８に示す特性を予め補正テーブルあるいは較正テーブルとしてメモリに記憶させておくか、図８に示す特性を関数形式でメモリに記憶させておけば、逆直列接続出力波形のサンプリング値に基づいて、可動コア１１ａの変位位置を正確に検出することができる。
【００８０】
その際、PWM信号のデューティ比（b/a）が大きくなるほど、出力電圧が高くなる。従って、変位位置検出をするときは、デューティ比を大きくした方がS/Nが向上する。
補正部３３は、デューティ比に応じた補正テーブル（較正テーブル）又は関数を、予めメモリに記憶しておく。補正部３３は、駆動制御部４（図１）から、デューティ比の値、又は、デューティ比の値に変換可能な他のPWM指示値を取得し、これに応じた補正テーブル（較正テーブル）を選択して使用する。
【００８１】
図２、図５〜図８を参照した説明では、図１に示した検出コイル１３として、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものとしていた。
これに代えて、主検出コイル１３ａのみを用いる場合は、主検出コイル１３ａの出力と所定電圧（基準電圧）との差電圧を、同期サンプリング手段がサンプリングするようにして変位位置検出信号を出力してもよい。上述した基準電圧は、上述した差電圧に含まれる、変位位置に応じた電圧成分の割合が大きくなるように調整しておく。
【００８２】
図９は、質量体を備えるタイプの電子鍵盤楽器において、図２に示した電磁アクチュエータを付加することにより力覚制御をする場合の鍵盤装置の側面図である。
並設された複数個の白鍵、黒鍵のうち、１個の白鍵について図示するが、他の白鍵及び黒鍵についても同様な構成をとる。この図では、鍵が非押鍵位置にある状態を示す。図中、図２と同様な部分には同じ符号を付している。
【００８３】
フレーム１１１に対し、鍵１１２及び質量体１１３が、それぞれの支点を中心に回動可能に支持される。質量体１１３は、各鍵１１２に対応し、各鍵１１２に連動して各鍵１１２にその押鍵操作に対する反力を与える。鍵スイッチの図示は省略している。
電磁アクチュエータ１により発生される復動方向の駆動力が鍵１１２に付加され、往動方向の駆動力が質量体１１３に付加されることにより、鍵１１２に対する演奏者の押鍵操作、離鍵操作に対して力覚を制御する。
【００８４】
図示の電磁アクチュエータ１は、そのプランジャ１１（可動コア１１ａ，第１の駆動軸１１ｂ，第２の駆動軸１１ｃ）が、鍵１１２と質量体１１３との間に挟まれた状態に配置されているため、鍵１１２と質量体１１３のいずれか一方からの機械的負荷を他方に伝達するための伝達部材としても機能する。
電磁アクチュエータ１の検出コイル（主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）は、可動コア１１ａの変位位置を検出することにより、鍵１１２のストローク位置（鍵の押離鍵方向の位置）を検出する。
【００８５】
以下、各部の構成を簡単に説明する。
鍵１１２の長手方向のほぼ中間位置に貫通孔１１２ａが形成され、一方、フレーム１１１に設けられた鍵支点部材１１１ａに突状体（ピン）１１１ｂが突設され、これが貫通孔１１２ａに嵌挿されることにより、鍵１１２がフレーム１１１に回動可能に支持される。
フレーム１１１の前方に立設されたフロントピン１１１ｃの上端が鍵１１２の前端部１１２ｂの底面側に挿入され、フロントピン１１１ｃの根本に下限ストッパ１１４が配置されている。一方、フレーム１１１の後方に上限ストッパ１１５が配置され、図示の非押鍵状態において、鍵１１２の後端部１１２ｃの底面に当接する。
【００８６】
また、フレーム１１１の後方において、隣接する各鍵の間に、アクション機構支持部１１６が立設され、その前壁１１６ａに質量体支持部１１７が設置され、その後壁１１６ｂに上限ストッパ取付部１１８及び下限ストッパ取付部１１９が設置され、それぞれに、上限ストッパ１２０、下限ストッパ１２１が固着されている。
質量体１１３は、その棒状部（シャンク部）１１３ａの一端部に回動支点部１１３ｃ、他端部に質量集中部１１３ｂが設けられ、一端部に近い中間部に、ローラを有する摺動子１１３ｄが設けられたものである。
この質量体１１３は、鍵１１２の真上位置に配置され、その回動支点部１１３ｃは質量体支持部１１７に回動自在に支持される。棒状部１１３ａは、上下に回動し、上限ストッパ１２０及び下限ストッパ１２１により回動範囲が規制される。
【００８７】
電磁アクチュエータ１は、取付板１２２により後壁１１６ｂの前面に固定される。その第１の駆動軸１１ｂに、水平上面を有する第１のヘッド１２３が固着され、その第２の駆動軸１１ｃに、緩衝及び摺動作用を有するキャップ状の第２のヘッド１２４が固着されている。一方、鍵１１２の上面には、鍵支点部材１１１ａよりも後端部１１２ｃ側において、キャプスタン１１２ｄが突設されている。
質量体１１３の自重により、摺動子１１３ｄは第１のヘッド１２３に当接し、第２のヘッド１２４の下端はキャプスタン１１２ｄの頭部に当接する。図示の電磁アクチュエータ１は、そのプランジャ１１が、鍵１１２、質量体１１３に対し、それらの動作状態に応じて、分離可能な状態で当接している。
【００８８】
プランジャ１１の位置、すなわち、可動コア（図２の１１ａ）の変位位置は、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂが出力する検出電圧に基づいて、図１に示す変位位置検出部３が行う。
図示の例では、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂは、往動コイル１２ａの側に巻回されている。そのため、電磁アクチュエータ１が、往動電磁アクチュエータとして動作するときは、可動コア１１ａの位置が検出できる。
【００８９】
これに対し、電磁アクチュエータ１が、復動電磁アクチュエータとして動作するときは、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂと復動コイル１２ｂとの相互結合度の変化により、プランジャ１１の位置を検出する。
又は、変位位置検出期間において、変位位置検出用のPWM駆動電流を往動コイル１２ａに供給することにより、プランジャ１１の位置を検出してもよい。あるいは、往動コイル１２ａ、復動コイル１２ｂのいずれにも、個別に主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂを巻回し、プランジャ１１の位置を検出してもよい。
【００９０】
上述した鍵盤装置においては、プランジャ１１の位置検出だけではなく、プランジャ１１の速度検出をすることにより、アコースティックピアノの反力特性に近づけることができる。この場合、検出された可動コア１１ａの変位位置の時間変化を計算することにより速度が検出される。
この実施形態では、プランジャ１１（可動コア１１ａ）の動作状態（変位位置や速度など）を検出し、その検出結果に基づいて、鍵１１２のストローク位置や押鍵速度等のデータを取得し、電磁アクチュエータ１の駆動制御を行う。
図示しないCPUがコンピュータプログラムを実行することにより、電磁アクチュエータ１で発生する駆動力を制御する機能と、鍵１１２のストローク位置、その他、押鍵速度等の鍵動作に関する情報を取得する機能とを実現する。
【００９１】
ここで、上述した制御する機能は、鍵動作に関する情報を取得する機能が取得した鍵１１２のストローク位置（鍵の位置）、及び、鍵の動作に関する情報に基づいて、電磁アクチュエータ１が鍵１１２に付与すべき駆動力の指示値を決定する。電磁アクチュエータ１は、指示値に対応する駆動力として、鍵１１２の押離鍵操作に対して、質量体１１３から加わる反力を助長する向き（復動方向）の駆動力と、鍵１１２の押鍵操作に対して、質量体１１３から加わる反力を軽減する向き（往動方向）の駆動力とのいずれかを選択的に発生する。
【００９２】
図９を参照した説明では、力覚制御について説明した。これに対し、電磁アクチュエータ１を往動電磁アクチュエータとして機能させれば、自動演奏（鍵の自動操作）もできる。曲データファイルから演奏データ（ノートオンメッセージ、ノートオフメッセージ）を読出し、これに応じて、電磁アクチュエータ１を往動方向に駆動することにより、鍵１１２の自重が鍵１１２を押下する駆動力となるようにする。
【００９３】
上述した電磁アクチュエータ１のプランジャ１１は、第１のヘッド１２３，第２のヘッド１２４を介し、鍵１１２，質量体１１３に、これらの挙動に応じて分離可能な状態で当接している。しかし、プランジャ１１から鍵１１２、質量体１１３への動力伝達が可能な構成であれば、プランジャ１１と、鍵１１２，質量体１１３とが分離不能な状態で連結（リンク装置など）されていてもよい。
【００９４】
また、背景技術において説明した特許文献１に記載の、質量体を備えない電子鍵盤楽器における電磁アクチュエータに代えて、鍵に当接される、又は、分離不能な状態で連結される電磁アクチュエータとして、図２に示した双方向駆動型の電磁アクチュエータを使用したり、図４（ａ）に示した単方向駆動型の電磁アクチュエータを１個使用したり、又は２個（鍵に対する駆動方向を逆にして並設）使用したりして、力覚制御及び又は自動演奏を実現することもできる。
【００９５】
図１〜図８を参照して説明した電磁アクチュエータを、変位位置検出センサとして使用することも可能である。可動コアに機械装置の可動子又は接触子を結合させておき、この可動子又は接触子の変位位置を検出する。
以上、本願の発明の実施形態及び適用例を説明したが、本願の発明は、上述した実施形態及び適用例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、明細書及び図面の記載の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１…電磁アクチュエータ、１1…往動電磁アクチュエータ（第１の電磁アクチュエータ）、１2…復動電磁アクチュエータ（第２の電磁アクチュエータ）、２…駆動部、３…変位位置検出部、４…駆動制御部、５…機械系可動部材、１１…プランジャ、１１ａ…可動コア、１１ａｂ，１１ａｃ…端面、１１ｂ…第１の駆動軸、１１ｃ…第２の駆動軸、１２…駆動コイル、１２ａ…往動コイル（駆動コイル）、１２ｂ…復動コイル（駆動コイル）、１３…検出コイル、１３ａ…主検出コイル、１３ｂ…補助検出コイル
４１，４２…ボビン、４１ａ，４２ａ…巻回部、４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ…鍔部、４１ｄ，４２ｄ…軸孔（中空部）、４１ｅ，４２ｅ…環状段差部、４３，４４…ヨーク、４３ａ，４４ａ…端面、４３ｂ，４３ｃ、４４ｂ，４４ｃ…側面部、４３ｄ，４４ｄ…ボビン挿通孔（開口部）、４５…仕切ヨーク、４５ａ…プランジャ挿通孔、４６…位置原点
５１…プランジャ、５１ａ…可動コア、５１ａｂ，５１ａｃ…端面、５１ｂ…第１の駆動軸、５１ｃ…第２の駆動軸、５２…ヨーク、５２ａ…端面、５２ｂ，５２ｃ…側面部、５２ｄ…ボビン挿通孔（開口部）、５３…ヨーク、５３ａ…ボビン挿通孔（開口部）、５４…ボビン、５４ｂ，５４ｃ…鍔部、５４ｄ…軸孔（中空部）、５４ｅ，５４ｆ…環状段差部
６０1…往動電磁アクチュエータ（第１の電磁アクチュエータ）、６０2…復動電磁アクチュエータ（第２の電磁アクチュエータ）、６１…プランジャ、６１ａ…可動コア、６１ｂ…駆動軸、６１ｃ…孔、６１ｄ…先端部、６２、６３…固定コア、６２ａ，６３ａ…外側固定コア、６２ｂ，６３ｂ…内側固定コア、６２ｃ，６３ｃ…結合固定コア、６２ｄ，６２ｅ，６３ｄ，６３ｅ…端面、６３ｆ…プランジャ挿通孔、６４…ヨーク、６５ａ…往動コイル（駆動コイル）、６５ｂ…復動コイル（駆動コイル）、６６ａ…第１の検出コイル、６６ｂ…第２の検出コイル、６７，６８…ボビン、６９…内部空間、７０，７１…コイルバネ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅変調信号により駆動される電磁アクチュエータの変位位置を検出する装置に関するものである。電磁アクチュエータは、例えば、ユーザの操作に対する反力を発生させたり、操作子や弁を自動操作させたりするために使用される。
【背景技術】
【０００２】
電子鍵盤楽器の鍵盤装置において、各鍵に駆動機構を付加することにより、演奏者が演奏操作時に感じる鍵タッチ感を増減させる制御（力覚制御）をしたり、演奏者の操作によらないで鍵を自動操作（自動演奏）したりする（特許文献１参照）。この鍵盤装置では、鍵を押鍵方向に回動させる往動ソレノイド（往動コイル）及びヨークと、鍵を離鍵方向に回動させる復動ソレノイド（復動コイル）及びヨークとを直列配置し、これらの駆動コイルの中心に１個のプランジャ（可動コア）を嵌挿し、このプランジャの駆動軸を鍵に当接させる双方向駆動電磁アクチュエータが使用されている。
アコースティックピアノにおいては、鍵のストローク位置に応じて反力の大きさが変化するという鍵タッチ感が得られる。そこで、この特許文献１においては、歪みゲージ又は光センサの検出信号を、プランジャ又は鍵の位置情報として出力し、復動ソレノイドの駆動電流を制御することにより、このような鍵タッチ感を得る。しかし、高コストの歪みゲージや光センサが必要となる。
【０００３】
一方、磁気的な結合により誘導される電圧を検出することにより可動コアの変位位置を検出する差動トランス（特許文献２）が知られている。正弦波で励磁される１次側コイルが、可動コアを介して、差動結線された２個の２次側コイルに相互結合される。しかし、この可動コアは変位位置検出専用のものであり、プランジャの可動コアではない。
そのため、特許文献２に記載の差動トランスを、特許文献１に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出に採用する場合は、正弦波発振器を必要とし、かつ、プランジャの周囲に、差動トランスを配置しなければならない。しかし、鍵幅が僅かしかないところに鍵毎に差動トランスの設置スペースを設けることはむずかしい。
【０００４】
また、電磁アクチュエータは、内燃機関の弁駆動装置等でも使用されている（特許文献３，４参照）。特許文献３においては、PWM変調駆動信号を駆動コイルに供給するとともに、変位検出コイルを設け、この変位検出コイルの自己インダクタンスの変化により発振周波数を変化させる。しかし、この技術は、変位検出コイル、発振回路、電圧/周波数変換回路が必要となる。
特許文献４においては、双方向駆動電磁アクチュエータの２個の駆動コイルのうち、アーマチャー（可動コア）を駆動しない方の駆動コイルに、位置検出用の交流電流を供給し、この交流電流の位相及び振幅の変化を検出することにより、アーマチャーの変位位置を表す信号を出力する。しかし、この技術も、交流信号の発振回路を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開１０−２０８５７号公報
【特許文献２】特開昭６１−２８４６０８号公報
【特許文献３】特開平７−２２４６２４号公報
【特許文献４】特開２００１−２６４００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、パルス幅変調信号に従って駆動される電磁アクチュエータの変位位置を、簡単な構造及び簡単な検出手段で検出できる電磁アクチュエータの変位位置検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、電磁アクチュエータ（１，１1，１2，６０1，６０2）の変位位置検出装置において、可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）と、該可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）に駆動力を与えることにより前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）を変位させる駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ，６５ａ，６５ｂ）と、前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）の変位位置に応じて前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ，６５ａ，６５ｂ）との相互結合係数が変化する位置に配置された検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ，６６ａ，６６ｂ）を有し、前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）の駆動力を機械系（５）に伝達する電磁アクチュエータ（１，１1，１2，６０1，６０2）と、パルス幅変調信号に従って前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ，６５ａ，６５ｂ）に駆動電流を供給する駆動手段（２２）と、前記検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ，６６ａ，６６ｂ）の出力電圧を入力し、前記可動コア（１１ａ，５１ａ，６１ａ）の変位位置に対応した変位位置検出信号を出力する変位位置検出手段（３）を有し、該変位位置検出手段（３）は、前記パルス幅変調信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生手段（３１）と、前記サンプリング信号に同期して、前記検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ，６６ａ，６６ｂ）の出力電圧をサンプリングすることにより、前記変位位置検出信号を出力する同期サンプリング手段（３２）を有するものである。
従って、電磁アクチュエータは、従来のものに検出コイルを付加した簡単な構造でよく、設計自由度が高く、コンパクトに仕上がる。
可動コアの変位位置を検出する原理が、従来の技術とは全く異なり、変位位置検出用の発振器及びこの発振器の出力を印加する励磁コイルが不要である。電磁アクチュエータを駆動する駆動信号自体が、変位位置検出用の発振器を兼ね備える。そのため、高コストとなる正弦波発振器が不要となる。
変位位置検出手段は、サンプリング信号発生手段と同期サンプリング手段という簡単な構成でよい。変位位置検出信号は、パルス幅変調信号に同期して検出されるため、検出コイルの出力電圧波形がパルス幅変調信号の１周期内で時間的に変化するものであっても、この時間的な変化が変位位置の検出に影響しにくい。
【０００８】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記検出コイル（１３）は、主検出コイル（１３ａ）と補助検出コイル（１３ｂ）とを有し、前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ）と前記主検出コイル（１３ａ）との第１の相互結合係数が前記可動コア（１１ａ，５１ａ）の変位位置に応じて変化する第１の特性と、前記駆動コイル（１２，１２ａ，１２ｂ）と前記補助検出コイル（１３ｂ）との第２の相互結合係数が前記可動コア（１１ａ）の変位位置に応じて変化する第２の特性とが異なるように、前記主検出コイル（１３ａ）と前記補助検出コイル（１３ｂ）とが配置され、前記同期サンプリング手段（３２）は、前記主検出コイル（１３ａ）と前記補助検出コイル（１３ｂ）とを逆直列接続したものの出力電圧をサンプリングするものである。
駆動電流がスイッチングされることにより発生するリンギングや外来ノイズは、主検出コイルと補助検出コイルに対し同位相で印加される。そのため、同期サンプリング手段が、主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧をサンプリングすることにより、リンギングや外来ノイズが相殺された変位位置検出信号が出力される。
【０００９】
請求項３に記載の発明においては、請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記変位位置検出手段（３）は、補正手段（３３）を有し、該補正手段（３３）は、前記同期サンプリング手段（３２）から前記変位位置検出信号を入力し、該変位位置検出信号を、前記パルス幅変調信号のデューティ比に応じて補正するものである。
従って、パルス幅変調信号のデューティ比に影響を受けない変位位置検出信号を出力する。加えて、前記可動コアの変位位置に正確に比例した大きさの変位位置検出信号を出力することもできる。
【００１０】
上述した請求項３に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記駆動手段（２２）が、一部の変位位置検出期間において、前記デューティ比を所定値に設定し、前記サンプリング信号発生手段（３１）が、前記一部の変位位置検出期間において、前記パルス幅変調信号に同期したサンプリング信号を生成し、前記補正手段（３３）が、前記同期サンプリング手段（３２）から入力した変位位置検出信号を、前記所定値に設定されたデューティ比に応じて補正してもよい。
変位位置検出期間において、デューティ比を変位位置検出に適した所定値にできるとともに、デューティ比が所定値に固定されるために、変位位置を正確に検出できる。
【００１１】
請求項４に記載の発明においては、請求項１から３までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、前記電磁アクチュエータ（１，１1，１2）は、ヨーク（４３，４４，４５，５２，５３）を有し、前記可動コア（１１ａ，５１ａ）は、柱状体であり、前記駆動コイル（１２ａ，１２ｂ）及び前記検出コイル（１３ａ，１３ｂ）の中空部（４１ｄ，４２ｄ，５４ｄ）に嵌挿されることにより該柱状体の軸方向に沿って直線変位可能であり、該柱状体の軸方向に沿った少なくとも一端面に駆動軸（１１ｂ，１１ｃ，５１ｂ，５１ｃ）が突設されたものであり、前記ヨーク（４３，４４，４５，５２，５３）は、前記駆動コイル（１２ａ，１２ｂ）及び前記検出コイル（１３ａ，１３ｂ）の外部に配置され、前記駆動軸（１１ｂ，１１ｃ，５１ｂ，５１ｃ）が突出する開口部（４３ｄ，４４ｄ，５２ｄ，５３ａ）を有するものである。
従って、ヨークの存在により可動コアを通る磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、電磁アクチュエータの駆動力が増す。
柱状体である可動コアと駆動コイルの長さとを軸方向に長くし、駆動コイルの層数を少なくすることにより、可動コアの変位可能な距離を容易に長くすることができるとともに、駆動コイルの巻数を減らさなくても電磁アクチュエータの設置面積を容易に小さくすることができる。よって、請求項４に記載の発明は、鍵盤装置のような、各鍵に対する設置幅が小さい装置に使用する電磁アクチュエータの変位位置検出に適している。
【００１２】
請求項５に記載の発明においては、請求項１から４までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置において、第１の電磁アクチュエータ（１1）及び第２の電磁アクチュエータ（１2）として、前記電磁アクチュエータ（１）を有し、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）の可動コア及び前記第２の電磁アクチュエータ（１2）の可動コアとを共通化して１つの可動コア（５１ａ）とするとともに、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）及び前記第２の電磁アクチュエータ（１2）とを、前記１つの可動コア（５１ａ）の変位方向に沿って配置し、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）は前記１つの可動コア（５１ａ）を一方向に駆動し、前記第２の電磁アクチュエータ（１2）は前記１つの可動コア（５１ａ）を逆方向に駆動し、前記検出コイル（１３，１３ａ，１３ｂ）は、前記第１の電磁アクチュエータ（１1）及び前記第２の電磁アクチュエータ（１2）のいずれか一方のみに設けられるものである。
従って、２個の単方向駆動電磁アクチュエータを用いて、可動コアを双方向に駆動することができる。可動コアが共通であるので、２個の電磁アクチュエータが独立して存在するよりも、省スペース化がはかれる。
検出コイルは、第１の電磁アクチュエータ及び第２の電磁アクチュエータのいずれか一方のみに設けられることから、部品点数を減らすことができる。
【００１３】
ここで、検出コイルを、第１の電磁アクチュエータ及び第２の電磁アクチュエータのいずれか一方のみに設ける場合とは、可動コアのいずれか一方向の駆動の際にのみ変位位置の検出が必要とされる場合である。また、駆動コイルと検出コイルとの相互結合係数が、いずれの駆動コイルに駆動電流が供給されるときも、可動コアの変位位置に応じて変化する場合である。
【００１４】
当然ながら、第１，第２の検出コイルを、それぞれ、第１，第２の電磁アクチュエータに設けてもよい。この場合、変位位置検出手段は、第１の電磁アクチュエータが駆動されるときに、第１の検出コイルの出力電圧を入力し、第２の電磁アクチュエータが駆動されるときに第２の検出コイルの出力電圧を入力して、変位位置検出信号を出力する。
この場合において、さらに、上述したように、駆動コイルと検出コイルとの相互結合係数が、いずれの駆動コイルに駆動電流が供給されるときも、可動コアの変位位置に応じて変化する場合、変位位置検出手段は、第１，第２の検出コイルの出力電圧を個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力することが可能である。
【００１５】
上述した請求項４に記載の発明に代えて、電磁アクチュエータとして次の構成の電磁アクチュエータを用いた発明とすることもできる。
電磁アクチュエータ（６０1、６０2）は、外側固定コア（６２ａ，６３ａ）と内側固定コア（６２ｂ，６３ｂ）の互いの一端面が結合固定コア（６２ｃ，６３ｃ）により結合され、前記外側固定コア（６２ａ，６３ａ）と前記内側固定コア（６２ｂ，６３ｂ）との間に、前記結合固定コア（６２ｃ，６３ｃ）を底部とする凹部が形成され、該凹部に前記駆動コイル（６５ａ，６５ｂ）及び前記検出コイル（６６ａ，６６ｂ）が嵌挿され、前記可動コア（６１ａ）は、板状体であって、前記凹部の開口部に対し、当該可動コア（６１ａ）の変位に従って変化する間隙を介して配置されることにより、前記板状体の面に垂直な軸方向に沿って直線変位可能であり、該板状体の少なくとも一端面の、該板状体の面に垂直な軸方向に駆動軸（６１ｂ）が突設されたものである。
従って、上述した外側固定コア、内側固定コア、結合固定コアの存在により可動コアを通る磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、電磁アクチュエータの駆動力が増す。
上述した内側固定コアに中空部を設けることができ、この中空部に、コイルバネ（７０，７１）など機械系の要素を挿入できる。
板状体である可動コアの面積を広くし、駆動コイルの長さを短く駆動コイルの層数を多くすることにより、駆動コイルの巻数を減らさなくても電磁アクチュエータの設置高さを容易に小さくすることができる。
また、上述した構成においても、上述した請求項５に記載の発明と同様に、第１の電磁アクチュエータ（６０1）及び第２の電磁アクチュエータ（６０2）として、前記電磁アクチュエータ（１）を有するものとすることができる。その際、可動コアを共通化して１つの可動コア（６１ａ）とする。前記検出コイルは、前記第１の電磁アクチュエータ（６０1）及び前記第２の電磁アクチュエータ（６０2）の一方又は両方に設けられる（６６ａ，６６ｂ）。前記外側固定コア（６２ａ）と前記外側固定コア（６３ａ）とは、これらの外周面をヨーク（６４）で結合固定することができる。
【００１６】
なお、以上に説明した電磁アクチュエータ（１）を変位位置検出センサとすることにより、以上に説明した変位位置検出装置を、変位位置検出センサの変位位置検出装置として使用することができる。
すなわち、可動コア（１１ａ）と、該可動コア（１１ａ）を励磁させる励磁コイル（１２）と、前記可動コア（１１ａ）の変位位置に応じて前記励磁コイル（１２）との相互結合係数が変化する位置に配置された検出コイル（１３）を有し、前記可動コア（１１ａ）が機械装置の可動子又は接触子（５）に結合されるものを、変位位置検出センサとする。
パルス幅変調信号に従って駆動コイル（１２）に駆動電流を供給していた駆動手段（２２）を、励磁コイル（１２）に励磁電流を供給する励磁手段とする。
上述した検出コイル（１３）は、主検出コイル（１３ａ）と補助検出コイル（１３ｂ）とを有するものとすることができる。
上述した変位位置検出センサの具体的な構造、及び、変位位置検出手段（３）の構成は、上述した請求項１から５までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ、及び、上述した請求項４に記載の発明に代わる発明と同様のものを採用できる。
【００１７】
上述した各請求項の引用記載及び請求項４に記載の発明に代わる発明において、「発明を特定するための事項」に付した括弧内の符号は、後述する「発明を実施するための形態」における、「発明を特定するための事項」に対応するものに付した符号である。この符号は、「発明を特定するための事項」とその一例との対応を示すにすぎない。「発明を特定するための事項」は、この符号により対応付けられた一例に限定されない。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、パルス幅変調信号に従って駆動される電磁アクチュエータの変位位置を、簡単な構造及び簡単な検出手段で検出できるという効果がある。
本発明は、電子鍵盤楽器の鍵、ダンパーペダル等のペダルに取り付けられた、力覚制御用及び又は自動演奏用の電磁アクチュエータの変位位置を検出するのに適している。
また、本発明は、弦を備える鍵盤楽器の鍵に電磁アクチュエータを取り付けることにより、演奏者の鍵操作を補助したり、演奏者の代わりに自動演奏させたりする場合、又は、鍵操作の補助及び自動演奏を、動作モードを切り替えて実行する場合に、電磁アクチュエータの変位位置を検出するのに適している。
また、本発明は、車両等の内燃機関における吸気、排気、燃料噴射等を行う弁体の開閉をする電磁アクチュエータの変位位置を検出するのにも適している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明の実施の一形態を説明する機能ブロック図である。
【図２】図１に示した電磁アクチュエータの第１の具体例を示す構造図である。
【図３】図２に示した電磁アクチュエータの動作説明図である。
【図４】図１に示した電磁アクチュエータの第２の具体例と第３の具体例とを示す構造図である。
【図５】図１に示したサンプリング信号発生回路及び同期サンプリング回路の一具体例を示す回路図である。
【図６】図５に示した回路における各部の信号波形を示す波形図である。
【図７】図５に示した主検出コイル及び補助検出コイルの逆直列接続出力電圧と可動コアの変位位置との関係を示す波形図である。
【図８】図５に示した主検出コイル及び補助検出コイルの逆直列接続出力電圧のサンプル値と可動コアの変位位置との対応関係を示すグラフである。
【図９】質量体を備えるタイプの電子鍵盤楽器において、図２に示した電磁アクチュエータを付加することにより力覚制御をする場合の鍵盤装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本願発明の実施の一形態を説明する機能ブロック図である。
図中、電磁アクチュエータ１は、可動コア（可動鉄心）１１ａと駆動コイル１２を有する。可動コア１１ａは、磁性材料で形成され、プランジャ１１（図２）の一構成要素であり、電磁誘導により発生する駆動力を機械系可動部材５、例えば、電子鍵盤楽器の鍵やペダル、内燃機関の弁などに伝達する。この電磁アクチュエータ１には、検出コイル１３が付加されている。
【００２１】
駆動部２は可動コア１１ａに駆動力を与えることにより可動コア１１ａを変位させる。この駆動部２は、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、以下、PWMという）信号発生回路２１から出力されるPWM信号に従って、駆動コイル１２にPWM駆動電流を供給する駆動回路２２を有する。PWM信号発生回路２１は、駆動制御部４から出力される指示値に従ってPWM信号のデューティ比（Duty Ratio）を変化させる。
【００２２】
検出コイル１３は、駆動コイル１２との相互誘導、すなわち、相互結合係数が、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する位置に配置される。具体的に説明すると、駆動コイル１２を流れる電流がオンとなったときに発生する磁束のうち、検出コイル１３を貫く磁束の、ゼロからの変化量が、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する位置に、この検出コイル１３が配置される。
その結果、相互誘導により、検出コイル１３は、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する誘導起電力を発生する。上述した相互結合係数は、交流電気回路における相互インダクタンス(Ｍ)に相当する。
【００２３】
変位位置検出部３は、検出コイル１３の出力電圧を入力し、可動コア１１ａの変位位置を検出する。この変位位置検出部３は、駆動部２におけるPWM信号発生回路２１が出力するPWM信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生回路３１と、このサンプリング信号に同期して、このサンプリング信号のタイミングで、検出コイル１３の出力電圧をサンプリングし、後続回路に、変位位置検出信号を出力する同期サンプリング回路３２を有する。
【００２４】
同期サンプリング回路３２の出力は、図８を参照して後述するように、可動コア１１ａの変位位置だけではなく、PWM信号のデューティ比によっても変動する。そのため、図示の変位位置検出部３は補正部３３を有する。この補正部３３は、同期サンプリング回路３２から変位位置検出信号を入力し、これを駆動制御部４から出力されるPWM信号のデューティ比に応じて補正した変位位置検出信号を、変位位置検出部３の出力とする。
上述した同期サンプリング回路３２、及び又は、補正部３３が出力する変位位置検出信号は、ディジタル値として出力されることが好ましい。アナログ値をディジタル値に変換する具体的な方法は、図５を参照して後述する。
【００２５】
上述した駆動制御部４は、電磁アクチュエータ１から機械系可動部材５に与えるべき駆動力に応じて、指示値、例えば、デューティ比を、PWM信号発生回路２１及びサンプリング信号発生回路３１に出力する。このPWM信号は一定の繰り返し周期で発生する。駆動力を大きくするには、デューティ比を大きくすることにより、駆動コイル１２の通電時間を大きくする。
駆動コイル１２に供給される電流のオンオフによって、駆動コイル１２が発生する磁束が時間的に変化する。上述した検出コイル１３には、この磁束変化に応じて誘導起電力を発生する。検出コイル１３は、可動コア１１ａの変位により駆動コイル１２との相互結合係数が変化する位置に配置されているため、検出コイル１３に発生する起電力は、可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する。
【００２６】
検出コイル１３に発生する起電力は、図６，図７を参照して説明するように、PWM信号の１周期内において時間的に変化する。そのため、サンプリング信号発生回路３１により、可動コア１１ａの変位位置を検出するのに適した位相でサンプリング信号を発生させる。同期サンプリング回路３２が出力するサンプル値は、通常、サンプルホールドされ、次のサンプリング信号のタイミングで更新される。サンプル値は、可動コア１１ａの現在の絶対位置に対応した出力となる。
【００２７】
検出コイル１３の出力電圧には、可動コア１１ａの変位位置により変化しない成分も含まれ、また、リンギングや外部ノイズも含まれる。そのため、上述した検出コイル１３は、主検出コイルと補助検出コイル（図２に示す具体例では、主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）とを有するものとする。
駆動コイル１２と主検出コイル１３ａとの第１の相互結合係数が可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する第１の特性と、駆動コイル１２と補助検出コイル１３ｂとの第２の相互結合係数が可動コア１１ａの変位位置に応じて変化する第２の特性とが、互いに異なるように、主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂとが配置される。
【００２８】
この場合、同期サンプリング回路３２は、上述した第１の相互結合係数の極性と、第２の相互結合係数の極性とが逆になるように、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものを検出コイル１３として、その出力電圧（主検出コイル１３ａの出力と補助検出コイル１３ｂの出力との差動出力電圧）をサンプリングする。
その結果、上述した主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものでは、可動コア１１ａの変位位置によらない電圧成分、加えて、リンギングや外部ノイズが相殺される。
【００２９】
この補助検出コイル１３ｂは、例えば、駆動コイル１２の磁束変化に応じて起電力を発生するが、可動コア１１ａの変位によって相互結合係数が変化しにくい位置に配置される。例えば、補助検出コイル１３ｂは、駆動コイル１２に対し、主検出コイル１３ａと同等又は近い位置に配置されるとともに、可動コア１１ａの変位方向に沿って、主検出コイル１３ａに隣接する位置に配置される。
上述した補正部３３は、同期サンプリング回路３２の出力電圧を変位位置に変換する補正テーブル、又は、同期サンプリング回路３２の出力電圧を変数として変位位置を算出する補正関数を備える。この補正テーブル及び補正関数は、デューティ比に応じて異なるものが用意され、PWM信号発生回路２１から取得されるデューティ比に応じて選択される。
【００３０】
上述したPWM信号の指示値（デューティ比）を出力するのは、電磁アクチュエータ１の駆動力を制御するためである。しかし、可動コア１１ａを駆動する期間内、又は、可動コア１１ａを駆動しない休止期間内に、一時的又は周期的（例えば、PWM信号の10周期につき、１周期の期間）に、変位位置検出期間を設けてもよい。変位位置検出期間とする割合が小さければ、電磁アクチュエータ１の駆動制御に影響を与えない。
駆動制御部４は、変位位置検出期間において、変位位置の検出に適したデューティ比となる指示値を出力することが好ましい。検出コイル１３の出力電圧が高くなったり、この出力電圧が変位位置に対し大きく変化したりするデューティ比が適している。また、駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比も適している。
PWM信号発生回路２１は、この変位位置検出期間において、デューティ比を所定値に設定し、サンプリング信号発生回路３１が、変位位置検出期間において、PWM信号に同期したサンプリング信号を生成し、補正部３３が、同期サンプリング回路３２から入力した変位位置検出信号を、所定値に設定されたデューティ比に応じて補正する。
【００３１】
上述した駆動制御部４、補正部３３は、例えば、CPUがソフトウエアプログラムを実行することにより実現される。変位位置検出部３が出力する変位位置検出出力は、さらに、変位速度を検出するために利用できる。CPUは、検出された変位位置、変位速度に応じて、電磁アクチュエータ１の駆動力を決定し、駆動制御部４から駆動部２に対し、駆動力に対応する指示値を出力する。
【００３２】
図２は、図１に示した電磁アクチュエータ１の第１の具体例を示す構造図である。図中、図１の機能ブロックに対応する部分には同じ符号を用いている。
図示の電磁アクチュエータは双方向駆動型であり、往動電磁アクチュエータ１1及び復動電磁アクチュエータ１2を有する。往動電磁アクチュエータ１1の可動コアと復動電磁アクチュエータ１2の可動コアとを共通化して１つの可動コア１１ａとする。往動電磁アクチュエータ１1と復動電磁アクチュエータ１2とを、可動コア１１ａの変位方向に沿って配置し、往動電磁アクチュエータ１1は可動コア１１ａを往動方向に駆動し、復動電磁アクチュエータ１2は可動コア１１ａを復動方向に駆動する。図示の例では、検出コイル１３（主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）は、往動電磁アクチュエータ１1のみに設けているが、復動電磁アクチュエータ１2のみに設けたり両方に設けたりしてもよい。
【００３３】
この電磁アクチュエータ１はソレノイド型である。可動コア１１ａは、柱状体（図示の例では、円柱体）である。
往動電磁アクチュエータ１1の往動コイル（駆動コイル）１２ａ及び検出コイル（主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂ）の中空部と、復動電磁アクチュエータ１2の復動コイル（駆動コイル）１２ｂの中空部とが同軸上に連結されてなる中空部（図示の例では、ボビン４１，４２の軸孔４１ｄ，４２ｄ）に、可動コア１１ａが嵌挿されることにより、柱状体の軸方向に沿って直線変位可能である。
【００３４】
プランジャ１１は、柱状体である可動コア１１ａの軸方向（図示長手方向）に沿った端面１１ａｂ，１１ａｃに、可動コア１１ａの径より小径の駆動軸１１ｂ，１１ｃが突設されたものである。可動コア１１ａが直線変位することにより、第１の駆動軸１１ｂ，第２の駆動軸１１ｃの少なくとも一方が、機械系に駆動力を伝達する。第１の駆動軸１１ｂ，第２の駆動軸１１ｃの一方のみが存在してもよい。
【００３５】
図中、４３は往動電磁アクチュエータ１1におけるヨーク、４４は復動電磁アクチュエータ１2におけるヨーク、４５は両電磁アクチュエータに共通の仕切りヨークである。ヨーク（継鉄）は、磁性材料で形成され、可動コア１１ａとともに、磁力線が通る通路となる。
ヨーク４３、ヨーク４４は、矩形平板部材が直角に折り曲げられて、端面４３ａ、端面４４ａの両端に、側面部４３ｂ，４３ｃ、側面部４４ｂ，４４ｃが形成されたコの字型部材である。端面４３ａ，４４ａの中心に、ボビン挿通孔４３ｄ，４４ｄが形成され、図示の例では、これが、プランジャ挿通孔ともなる。一方、仕切りヨーク４５の中心にもプランジャ挿通孔４５ａが形成される。
【００３６】
ヨーク４３、仕切りヨーク４５は、往動コイル１２ａ、主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂの外部に配置され、ボビン挿通孔４３ｄは、駆動軸１１ｂがヨーク４３から突出するための開口部となる。同様に、ヨーク４４、仕切りヨーク４５は、復動コイル１２ｂの外部に配置され、ボビン挿通孔４４ｄは、ヨーク４４から駆動軸１１ｃが突出するための開口部となる。
上述したヨークは、往動コイル１２ａ，復動コイル１２ｂが可動コア１１ａに与える駆動力を強力にするために設けられたものであり、必須の構成ではない。仕切りヨーク４５は、往動電磁アクチュエータ１1の磁気回路と、復動電磁アクチュエータ１2の磁気回路とを分離する。ただし、ヨーク４３とヨーク４４とは、往動コイル１２ａ、復動コイル１２ｂの一部を囲むだけであるので、磁気的に完全には分離されていない。
【００３７】
４１，４２は合成樹脂製のボビンであり、円筒状の巻回部４１ａ，４２ａと、この両端に鍔部４１ｂ，４１ｃ、４２ｂ，４２ｃを備え、巻回部４１ａ，４２ａの軸方向に軸孔４１ｄ，４２ｄが形成される。鍔部４１ｂ，４２ｃには、環状段差部４１ｅ，４２ｅが形成され、軸孔４１ｄ，４２ｄの開口位置が延長される。
第１のボビン４１ａ、第２のボビン４１ｂは、可動コア１１ａの変位方向に沿って配設され、鍔部４１ｃと４２ｂとが、仕切りヨーク４５を介して隣接配置され、軸孔４１ｄ，４２ｄの軸心が一致する。
【００３８】
往動コイル１２ａ、復動コイル１２ｂは、それぞれ、巻回部４１ａ，４２ａに巻かれている。図示の例では、検出コイル１３（主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）は、往動コイル１２ａの外周に重ねて巻かれることにより、往動コイル１２ａに重畳して積層配置される。
逆に、検出コイル１３の巻回後に、駆動コイル１２（往動コイル１２ａ）を積層配置してもよい。積層配置に代えて、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂの間に駆動コイル１２（往動コイル１２ａ）を並置してもよい。
【００３９】
主検出コイル１３ａは、可動コア１１ａの変位方向に沿って、位置原点４６（ヨーク４３の端面４３ａの外側位置）に近い側に巻回され、補助検出コイル１３ｂは、位置原点４６から遠い、仕切りヨーク４５側に巻回される。
典型例としては、両検出コイルの巻回数は同一であり、かつ、往動コイル１２ａを軸方向に等分割する面に対して対称的に配置されているが、これらは必須の条件ではない。
【００４０】
往動電磁アクチュエータ１1において、その往動コイル１２ａに、図１の駆動回路２２からPWM駆動電流が供給されるとき、磁気回路の磁気抵抗が最も小さくなる位置へと可動コア１１ａが変位するように駆動力が発生する。その際、駆動力の大きさは、PWM駆動電流のデューティ比と、可動コア１１ａの変位位置によって変化する。
図示の例では、可動コア１１ａの端面１１ａｂとヨーク４３の端面４３ａの外面とが、ほぼ同一面となる方向に、可動コア１１ａが往動する。
【００４１】
上述した端面１１ａｂは、ボビン挿通孔４３ｄの外端のエッジ（端面４３ａとの境界）と、ボビン挿通孔４３ｄの内端のエッジ（鍔部４１ｂとの境界）とに吸引され、端面１１ａｂと端面４３ａの外面とが、ほぼ同一面となる状態が、可動コア１１ａの上死点となる。この上死点を位置原点４６とする。
上述したボビン挿通孔４３ｄが端面４３ａに対し鋭角（逆テーパ状の孔）となるようにすれば、上述した外端のエッジの吸引力が、上述した内端のエッジの吸引力よりも大きくなるから、上述した上死点が端面４３ａの外面に近づく。
【００４２】
一方、復動電磁アクチュエータ１2において、その復動コイル１２ｂに、PWM駆動電流が供給されるときも、同様に、磁気回路の磁気抵抗が最も小さくなる位置へと可動コア１１ａが変位するように駆動力が発生する。
図示の例では、可動コア１１ａの端面１１ａｃとヨーク４４の端面４４ａの外面とが、ほぼ同一面となる方向に、可動コア１１ａが復動する。
ここで、端面４３ａの外面と端面４４ａの外面との間隔をL1、可動コア１１ａの長さをL2とする。このとき、図示の例では、ほぼL2＝L1×（3/4）であるが、目安として、L1×（1/2）＜L2＜L1の範囲で、双方向駆動と変位位置検出が可能である。
【００４３】
図３は、図２に示した電磁アクチュエータの動作説明図である。図２に示した電磁アクチュエータを鉛直方向に配置しているが、重力を無視して説明する。
図３（ａ）は、可動コア１１ａの端面１１ａｂがヨーク４３の端面４３ａの外面と、ほぼ同一面となる状態にあり、可動コア１１ａは、この状態よりも上に変位するようには駆動されない上死点の状態である。
図３（ｂ）は、可動コア１１ａが中間位置にある状態である。
図３（ｃ）は、可動コア１１ａの端面１１ａｃがヨーク４４の端面４４ａの外面と、ほぼ同一面となる状態にあり、可動コア１１ａは、この状態よりも下に変位するようには駆動されない下死点の状態である。
【００４４】
往動コイル１２ａにPWM駆動電流が供給される場合を説明する。
可動コア１１ａが図３（ｂ）の状態にあり、往動コイル１２ａにPWM駆動電流が供給される。今、可動コア１１ａが往動し、機械系可動部材５との力の均衡により、最大限に変位した場合に、図３（ａ）の上死点に至る。
このとき、可動コア１１ａの端面１１ａｂが位置原点４６にあることから、可動コア１１ａが主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの両者の中空部に入り込んでいる。その結果、往動コイル１２ａと主検出コイル１３ａとの相互結合係数と、往動コイル１２ａと補助検出コイル１３ｂとの相互結合係数とは、同じになる。従って、主検出コイル１３ａに相互誘導される起電力と補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力とが、ほぼ等しい。
【００４５】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、可動コア１１ａの端面１１ａｂが位置原点４６からx＞0の距離にある場合、可動コア１１ａは、補助検出コイル１３ｂの中空部に入り込んでいるが、主検出コイル１３ａには、その中空部の一部から抜けている。その結果、往動コイル１２ａと主検出コイル１３ａとの相互結合係数よりも、往動コイル１２ａと補助検出コイル１３ｂとの相互結合係数の方が大きくなる。
従って、主検出コイル１３ａに相互誘導される起電力は、補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力よりも小さくなる。
【００４６】
また、図３（ｃ）に示すように、可動コア１１ａの端面１１ａｃがヨーク４４の端面４４ａの外面と一致するとき、可動コア１１ａの端面１１ａｂが位置原点４６から、ほぼx＝L1÷4の距離にある。
このとき、可動コア１１ａは、補助検出コイル１３ｂの中空部に入り込んでいるが、主検出コイル１３ａの中空部から完全に抜けている。その結果、往動コイル１２ａと主検出コイル１３ａとの相互結合係数は、最も小さくなる。従って、主検出コイル１３ａに相互誘導される起電力は最も小さくなる。
【００４７】
次に、復動コイル１２ｂにPWM駆動電流が供給されている場合について説明する。
この場合も、電磁アクチュエータ１と機械系可動部材５との力の均衡により、図３（ａ）〜図３（ｃ）の状態になりうる。特に、図３（ｃ）は、復動コイル１２ｂにPWM駆動電流が供給されることにより、可動コア１１ａが復動され、復動方向に最大限に変位した状態である。
【００４８】
主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂが、図示のように、往動コイル１２ａ側に巻回されている場合は、復動コイル１２ｂと離れていることに加えて、仕切ヨーク４５があることから、復動コイル１２ｂと主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂとの間の相互結合係数が小さい。そのため、復動コイル１２ｂから主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力は、往動コイル１２ａに駆動電流が供給される場合よりも小さくなる。
しかし、可動コア１１ａの変位位置は、図３（ａ）〜図３（ｃ）の状態によって異なるため、先に説明した往動コイル１２ａに駆動電流を供給している場合と同様に、復動コイル１２ｂから、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力は、図３（ａ）〜図３（ｃ）の状態によって変化し、相互誘導される起電力の差も変化する。従って、変位位置の検出が可能である。
【００４９】
また、PWM信号に従って、復動コイル１２ｂにPWM駆動電流が供給され、復動電磁アクチュエータ１2が駆動されているとき、一時的又は周期的に変位位置検出期間を設け、非駆動側の往動コイル１２ａにもPWM駆動電流を供給してよい。
復動コイル１２ｂ及び往動コイル１２ａの両者から、往動電磁アクチュエータ１1の主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに相互誘導される起電力が変化することにより、変位位置が検出される。
その際、復動コイル１２ｂに対するPWM信号と同じPWM信号に従って、往動コイル１２ａに駆動電流を供給する。この場合は、検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂに、復動コイル１２ｂと往動コイル１２ａの両者から相互誘導される起電力が干渉しない。
また、図１を参照して先に説明した変位位置の検出に適したデューティ比又は駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比となるPWM信号に従って、往動コイル１２ａに駆動電流を供給してもよい。
【００５０】
一方、主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂを、往動，復動電磁アクチュエータ１1，１2のそれぞれに設けてもよい。
変位位置検出手段は、往動電磁アクチュエータ１1を駆動する場合、往動電磁アクチュエータ１1の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧を入力して、変位位置検出信号を出力する。変位位置検出部３は、復動電磁アクチュエータ１2を駆動する場合、復動電磁アクチュエータ１2の図示しない主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧を入力して、変位位置検出信号を出力する。
また、変位位置検出部３は、往動電磁アクチュエータ１1の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧と、復動電磁アクチュエータ１2の主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧とを個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力することも可能である。
【００５１】
また、往動，復動電磁アクチュエータ１1，１2の一方（例えば、往動電磁アクチュエータ１1）が駆動されているとき、一時的又は周期的に変位位置検出期間を設け、非駆動側の他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の駆動コイル（復動コイル１２ｂ）にもPWM駆動電流を供給してよい。
その際、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ１1）の駆動コイル（往動コイル１２ａ）に対するPWM信号と同じPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の駆動コイル（復動コイル１２ｂ）に駆動電流を供給する。また、変位位置の検出に適したデューティ比又は駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比となるPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の駆動コイル（復動コイル１２ｂ）に駆動電流を供給してよい。
変位位置検出部３は、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ１1）の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧と、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ１2）の主検出コイルと補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧とを個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力する。
【００５２】
図４は、図１に示した電磁アクチュエータ１の第２の具体例（図４（ａ））と第３の具体例（図４（ｂ））とを示す構造図である。
図４（ａ）は、ソレノイド型で単方向駆動型の具体例である。図中、図２に対応する部分に同じ符号を用いている。
プランジャ５１は、磁性材料で形成された可動コア５１ａと、この可動コア５１ａの変位方向に沿う端面５１ａｂ，５１ａｃに突設され、可動コア５１ａの径よりも小径の第１の駆動軸５１ｂと第２の駆動軸５１ｃを有し、可動コア５１ａの長手方向に沿って直線変位する。第１の駆動軸５１ｂ，第２の駆動軸５１ｃの少なくとも一方が、機械系に駆動力を伝達する。第１の駆動軸５１ｂ，第２の駆動軸５１ｃの一方のみが存在してもよい。
【００５３】
往動コイル１２ａはボビン５４に巻かれている。ボビン５４は、図２に示したボビン４１と同様なものであるが、ボビン５４は、軸孔５４ｄを有し、鍔部５４ｂ，５４ｃのそれぞれに環状段差部５４ｅ，５４ｆが形成されている。
主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとは、図２と同様に、往動コイル１２ａの外周に重ねて巻かれている。主検出コイル１３ａは、位置原点４６に近い側に、補助検出コイル１３ｂは、位置原点４６から遠い側に巻回されている。
【００５４】
ヨーク５２は、磁性材料で形成された矩形平板部材が、端面５２ａの両側で直角に折り曲げられ側面部５２ｂ，５２ｃが形成されたものである。ヨーク５３は、磁性材料で形成された矩形平板部材である。ヨーク５２の側面部５２ｂ，５２ｃの端部とヨーク５３の端部とが結合固定される。ヨーク５３も端面となる。端面５２ａとヨーク５３の中心に、ボビン挿通孔５２ｄ，５３ａが形成されている。
上述したヨーク５２，５３は、往動コイル１２ａ、主検出コイル１３ａ、及び、補助検出コイル１３ｂの外部に配置され、環状段差部５４ｅ，５４ｆは、それぞれ、ボビン挿通孔５２ｄ，５３ａに嵌合される。なお、ヨーク５２，５３は必須の構成ではない。
【００５５】
可動コア５１ａは、往動コイル１２ａ、主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの内部、具体的には、ボビン５４の軸孔５４ｄの内部に、直線変位可能に収容される。第１の駆動軸５１ｂは、ボビン５４の軸孔５４ｄから突出する。その結果、ボビン挿通孔５２ｄは、第１の駆動軸５１ｂが、ヨーク５２から変位可能に突出する開口部となる。
一方、可動コア５１ａは、ボビン５４の環状段差部５４ｆから突出する。その結果、ボビン挿通孔５３ａは、可動コア５１ａがヨーク５３から変位可能に突出する開口部となる。
ここで、端面５２ａの外面と端面５３の外面との間隔をL3、可動コア５１ａの長さをL4とする。L3≦L4であれば往動駆動が可能である。端面５２ａの外面（位置原点４６）から可動コア５１ａの端面５１ａｂまの距離をxとしたとき、目安として、0≦x＜（L3÷2）の範囲で変位位置検出が可能である。
【００５６】
図４（ｂ）は、板状の可動コアを用いた、双方向駆動型電磁アクチュエータの具体例である。
往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2の可動コアとを共通化して１つの可動コア６１ａとするとともに、往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2とを、１つの可動コア６１ａの変位方向に沿って配置したものである。往動電磁アクチュエータ６０1は可動コア６１ａを往動方向に駆動し、復動電磁アクチュエータ６０2は可動コア６１ａを復動方向に駆動する。第１の検出コイル６６ａ，第２の検出コイル６６ｂは、それぞれ、往動電磁アクチュエータ６０1及び復動電磁アクチュエータ６０2に設けられる。往動方向又は復動方向の駆動時に変位位置検出が不要な場合は、対応する第１の検出コイル６６ａ又は第２の検出コイル６６ｂが不要である。
【００５７】
往動電磁アクチュエータ６０1及び復動電磁アクチュエータ６０2において、磁性材料で形成された固定コア（固定鉄心）６２，６３は、外側固定コア６２ａ，６３ａと内側固定コア６２ｂ，６３ａとの互いの一端面が結合固定コア６２ｃ，６３ｃにより結合され、外側固定コア６２ａ，６３ａと内側固定コア６２ｂ，６３ａとの間に、結合固定コア６２ｃ，６３ｃを底部とする凹部が形成され、この凹部に駆動コイル（往動コイル６５ａ，復動コイル６５ｂ）及び検出コイル（第１の検出コイル６６ａ，第２の検出コイル６６ｂ）が収容される。
図示の例では、外側固定コア６２ａと内側固定コア６２ｂとが中空円筒形状、結合固定コア６２ｃが円板形状である。固定コア６２，６３の上述した凹部の開口部は、外側固定コア６２ａ，６３ａの端面６２ｄ，６３ｄと、内側固定コア６２ｂ，６３ｂの端面６２ｅ，６３ｅとの間に形成される。
【００５８】
プランジャ６１は、可動コア６１ａと駆動軸６１ｂを有する。可動コア６１ａは、磁性材料で形成された板状体であって、図示の例では、平面円板状であるが、背景技術で引用した特許文献４記載のアーマチャーのように、その厚みに凹凸があるものでもよい。
可動コア６１ａは、固定コア６２，６３の外部に配置される。上述した固定コア６２，６３の凹部の開口部に対し、可動コア６１ａの変位に従って変化する間隙を介して配置されることにより、可動コア６１ａの面に垂直な軸方向に沿って直線変位可能であり、かつ、往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2とを磁気的にほぼ分離している。
可動コア６１ａの少なくとも一端面の、この可動コア６１ａの面に垂直な軸方向には、駆動軸６１ｂが突設されている。図示の例では、可動コア６１ａの中心に形成された孔６１ｃに駆動軸６１ｂの先端部６１ｄが挿入され、嵌合、溶接等により両者が固着されている。
復動電磁アクチュエータ６０2においては、結合固定コア６３ｃの中心に、プランジャ挿通孔６３ｆが形成されている。
【００５９】
可動コア６１ａが直線変位することにより、駆動軸６１ｂが、機械系に駆動力を伝達する。図示の状態は、可動コア６１ａの変位位置が中間点にある状態である。
往動コイル６５ａ，復動コイル６５ｂは、それぞれ、ボビン６７、６８に巻回され、第１の検出コイル６６ａ，第２の検出コイル６６ｂは、それぞれ、往動コイル６５ａ，復動コイル６５ｂに重ね巻きされる。内側固定コア６２ｂ，６３ｂの外周面にボビン６７，６８の軸孔が嵌挿される。
【００６０】
固定コア６２，６３は、互いの結合固定コア６２ｃ，６３ｃを外側にして、外側固定コア６２ａ，６３ａ同士、内側固定コア６２ｂ，６３ｂ同士の対応する開口面を対向させることにより内部空間６９が設けられる。
固定コア６２，６３は、磁性材料で形成された中空円筒形状のヨーク６４により、互いの軸心を一致させた同軸構造で結合固定され、一体化される。ヨーク６４は、往動電磁アクチュエータ６０1と復動電磁アクチュエータ６０2とを一体化するためと、可動コア６１ａに与える駆動力を強力にするために設けられたものであり、必須の構成ではない。
【００６１】
この一体化の際、内側固定コア６２ｂの軸孔にコイルバネ７０が収容され、内側固定コア６３ｂの軸孔にコイルバネ７１が収容され、両コイルバネ７１，７２により、可動コア６１ａがバランスのとれた付勢状態で移動可能に支持される。
駆動軸６１ｂは、コア６３のプランジャ挿通孔６３ｆから外部に突出される。可動コア６１ａの周縁は、ヨーク６４の内周面と微細な間隙を有するか、又は、ヨーク６４の内周面に接触して摺動するように設計される。
図示を省略するが、内部空間６９と外界との間に、空気を流入流出させる空気孔を設ける。例えば、固定コア６２，６３，ヨーク６４の適当な位置に空気孔を設ける。プランジャ挿通孔６３ｆも空気孔となり得る。
【００６２】
往動電磁アクチュエータ６０1として動作させるとき、往動コイル６５ａにPWM駆動電流が供給される。可動コア６１ａが固定コア６２の端面６２ｄ，６２ｅに吸引される往動方向の駆動力が発生する。このとき、可動コア６１ａが端面６２ｄ，６２ｅに近づくほど、往動コイル６５ａと第１の検出コイル６６ａとの相互結合係数が大きくなる。従って、第１の検出コイル６６ａに相互誘導される起電力が大きくなる。
一方、復動電磁アクチュエータ６０2として動作させるときは、復動コイル６５ｂにPWM駆動電流が供給される。可動コア６１ａが固定コア６３の端面６３ｄ，６３ｅに吸引される復動方向の駆動力が発生する。このとき、可動コア６１ａが端面６３ｄ，６３ｅに近づくほど、復動コイル６５ｂと第２の検出コイル６６ｂとの相互結合係数が大きくなる。従って、第２の検出コイル６６ｂに相互誘導される起電力が大きくなる。
可動コア６１ａの変位位置は、電磁力による駆動力と、コイルバネ７０，７１の付勢力を含む機械系可動部材５の力との均衡による。
【００６３】
上述した説明では、往動電磁アクチュエータ６０1として動作させるとき、第１の検出コイル６６ａを検出コイル１３として使用し、復動電磁アクチュエータ６０2として動作させるとき、第２の検出コイル６６ｂを検出コイル１３として使用していた。
これに代えて、往動，復動電磁アクチュエータ６０1，６０2の一方（例えば、往動電磁アクチュエータ６０1）が駆動されているとき、一時的又は周期的に変位位置検出期間を設け、非駆動側の他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）にもPWM駆動電流を供給してもよい。
その際、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ６０1）の駆動コイル（往動コイル６５ａ）に対するPWM信号と同じPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）に駆動電流を供給する。または、変位位置の検出に適したデューティ比又は駆動制御に影響を与えにくい小さなデューティ比となるPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）に駆動電流を供給する。
変位位置検出部３は、一方の電磁アクチュエータ（往動電磁アクチュエータ６０1）の検出コイル６６ａの出力電圧と、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の検出コイル６６ｂの出力電圧とを個別に入力し、個別に変位位置検出信号を取得し、取得した変位位置検出信号の平均値を出力する。
なお、第１，第２の検出コイル６６ａ，６６ｂの一方しか存在しない場合において、検出コイルの存在しない側の電磁アクチュエータが非駆動状態であるとき、この電磁アクチュエータに、変位位置検出期間において、上述したと同様のPWM駆動電流を供給すれば、変位位置検出が可能となる。
【００６４】
また、上述した変位位置検出期間において、一方の電磁アクチュエータ（例えば、往動電磁アクチュエータ６０1）の駆動コイル（往動コイル６５ａ）に対するPWM信号と同じPWM信号に従って、他方の電磁アクチュエータ（復動電磁アクチュエータ６０2）の駆動コイル（復動コイル６５ｂ）に駆動電流を供給した場合、第１の検出コイル６６ａと第２の検出コイル６６ｂとを、それぞれの駆動コイル、すなわち、往動コイル６５ａ、復動コイル６５ｂに対する相互結合係数が逆極性になるように、逆直列接続したものを、図１に示した検出コイル１３とすれば、差動検出が可能となる。
その結果、第１の検出コイル６６ａの出力に含まれる可動コア６１ａの変位位置によらない電圧成分と第２の検出コイル６６ｂの出力に含まれる可動コア６１ａの変位位置によらない電圧成分とが相殺する。また、リンギングや外部のノイズなどが、第１の検出コイル６６ａと第２の検出コイル６６ｂに共通して含まれる場合は、同様に相殺される。
上述した手法は、図２に示した電磁アクチュエータにも適用可能である。この場合、往動電磁アクチュエータ１1，復動電磁アクチュエータ１2のそれぞれに１個の検出コイル１３ａを設ければよく、補助検出コイル１３ｂに相当するものは不要である。
【００６５】
図５は、図１に示したサンプリング信号発生回路３１及び同期サンプリング回路３２の一具体例を示す回路図である。図２に示した電子アクチュエータを使用している。
図６は、図５に示した回路における各部の信号波形を示す波形図である。
最初に、駆動部について説明する。PWM信号発生回路２１の出力は矩形波であり、図９（ａ）に、デューティ比（b/a）を20％とした信号波形を示している。PWM信号発生回路２１の出力は、往動駆動、復動駆動を選択する選択部８１を介し、２つの駆動回路２２ａ，２２ｂの一方に供給される。駆動回路２２ａ，２２ｂとして、それぞれ、例えば、Hブリッジ型FETスイッチング回路を使用する。この場合、PWM信号発生回路２１の出力は、駆動回路２２ａ，２２ｂのFETゲート電圧となる。駆動回路２２ａは往動コイル１２ａに、駆動回路２２ｂは復動コイル１２ｂに接続される。
【００６６】
次に、サンプリング信号発生回路３１の具体例を説明する。PWM信号発生回路２１から出力されるPWM信号は、インバータ８２，８３に供給され、図６（ｂ）に示すようにレベル反転される。インバータ８２の出力は、抵抗器８５、ダイオード８６、コンデンサ８７による第１の時定数回路に供給され、図６（ｃ）に示す充放電波形となって、インバータ８８に出力される。同様に、インバータ８３の出力は、抵抗器８９、ダイオード９０、コンデンサ９１による第２の時定数回路に供給され、図６（ｄ）に示す充放電波形となって、インバータ９２に出力される。図示の例では、第１の時定数回路の時定数よりも、第２の時定数回路の時定数の方が長い。
【００６７】
図６（ｅ）に示すインバータ８８の出力と、図６（ｆ）に示すインバータ９２の出力とは、図６（ａ）に示すPWM信号の矩形波の立ち下がりにおいて、後者の方が遅れる。EXOR回路９３は、インバータ８８の出力とインバータ９２の出力との排他的論理和をとる。EXOR回路９３の出力は、抵抗器９４を介して同期サンプリング回路３２に出力されるとともに、コンデンサ９５を介して接地される。なお、第１の時定数回路を省略し、インバータ８２とインバータ８８とを直結してもよい。
EXOR回路９３の出力は、図６（ｇ）に示すように、PWM信号の立ち下がり（ダウンエッジ）において、短い矩形パルスを発生し、これがサンプル点を決めるサンプリング信号となる。
【００６８】
次に、同期サンプリング回路３２について説明する。
電磁アクチュエータ１の主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとは、巻線方向を逆にして逆極性直列接続される。これが、図１に示した検出コイル１３に相当し、同期サンプリング回路３２に出力される。この図では、巻始めのコイル端子に丸印を付している。主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂのそれぞれの出力電圧は、図６（ｈ），図６（ｉ）に示すように、図６（ａ）に示すPWM信号に同期した矩形波であって、その立ち上がり後と立ち下がり後とに、リンギング波形が重畳されるとともに、図示を省略したノイズが全体的に重畳されたものである。
【００６９】
駆動回路２２として、上述したHブリッジ型のようなFETスイッチング回路を使用した場合、負荷がインダクタンスであることも原因となって、FETゲート電圧がオンに変化するタイミングから僅かに遅れて電流が流れ始め、FETゲート電圧がオフに変化するタイミングから僅かに遅れて電流が遮断される。
その結果、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂの出力電圧も、上述した出力電流の遅れに応じて遅れることになる。そのため、図６（ｇ）に示すサンプリング信号がハイレベルとなる期間は、駆動回路２２ａがオン状態の期間に含まれるようにすることができる。
【００７０】
図６（ｊ）は、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂを逆極性直列接続したものの出力電圧である。この出力電圧は、図６（ｈ），図６（ｉ）に示す主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂの立ち上がりのタイミングで、一旦正方向のインパルスを発生した後に、急峻に立ち下がり、徐々に一定値に近づき、かつ、次の立ち下がりのタイミングで急峻に立ち上がり、徐々に一定値に近づく。図６（ｊ）の波形の電圧は、最大でも、500mV程度のレベルであり、図６（ｈ），図６（ｉ）に示す主検出コイル１３ａの出力電圧、補助検出コイル１３ｂの約5Vの出力電圧に比べて小さい。
【００７１】
図６（ｊ）に示す出力電圧は、コンデンサ９６と抵抗器９７との直列回路を経てオペアンプ１０１の反転入力端子に入力される。一方、オペアンプ１０１の非反転入力端子には、電源電圧が抵抗器９８，９９とで分圧された電圧が入力される。ただし、抵抗器９９と並列に大容量のコンデンサ１００が接続されている。また、オペアンプ１０１の出力端子から非反転入力端子との間に、負帰還抵抗１０２が接続されている。従って、オペアンプ１０１は、オフセット電圧調整が可能な交流結合反転増幅器として機能する。オペアンプ１０１の出力は、ボルテージフォロワ１０３を経て、アナログゲート回路１０４に出力される。
【００７２】
図６（ｋ）は、オペアンプ１０１の差動出力、すなわち、ボルテージフォロワ１０３の出力電圧であり、図６（ｊ）に示す出力電圧にオフセット電圧が加わり反転増幅されているが、定性的には一致する。
図６（ｋ）に示す出力電圧は、アナログゲート回路１０４に入力され、図示のサンプル点において、図６（ｇ）に示すサンプリング信号により同期サンプリングされ、コンデンサ１０５に充電され、図６（ｋ）に一点鎖線で示す電圧となり、次のサンプル点までホールドされるとともに、次のサンプル点において、再度同期サンプリングされ、サンプルホールドされる。コンデンサ１０５の出力電圧は、ボルテージフォロワ１０６を経て出力される。
【００７３】
先に説明したように、図６（ａ）に示すPWM信号の立ち下がりタイミングよりも主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂの出力電圧の立ち下がりタイミングが遅れるので、図６（ｇ）に示すサンプリング信号のハイレベル期間を、駆動回路２２がオン状態となっている期間の最後の期間に合わせることができる。
上述した説明では、駆動回路２２の動作遅延を利用している。しかし、サンプリング信号を発生させる方法は、上述した方法に限らない。
例えば、図６（ａ）に示すPWM信号の立ち上がりタイミングから所定の遅延時間経過後に短周期の単発パルスを発生する回路を用い、この単発パルスをサンプリング信号としてもよい。上述した所定の遅延時間はPWM信号のデューティ比に応じて制御する。この場合、駆動回路２２の動作遅延は、所定の遅延時間を設定する際に考慮する。
または、検出コイルの出力電圧（図示の例では、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂを逆極性直列接続したものの出力電圧）のレベル変化開始タイミング（PWM信号の立ち上がりに対応するタイミング）を検出し、ここから所定の遅延時間経過したタイミングをサンプル点としてもよい。
【００７４】
上述したボルテージフォロワ１０６の出力は、同期サンプリング回路３２が出力する変位位置検出信号となる。この変位位置検出信号は、アナログ信号であるが、A/D変換器を用いて、ディジタル値に変換した後に、図１に示した補正部３３に出力する。A/D変換器から出力されるディジタル値は、図１に示した補正部３３において、補正テーブルや演算式を用いることにより簡単に補正できる。
補正部３３がアナログ信号に対して補正処理をする場合は、補正部３３が出力する変位位置検出信号をA/D変換してもよい。
【００７５】
また、上述したアナログゲート回路１０４及びコンデンサ１０５によるサンプルホールド機能を、A/D変換器によって実現し、同期サンプリング回路３２がディジタル値を出力することも可能である。
この場合、A/D変換器のサンプルタイミングとして、サンプリング信号発生回路３１の出力を使用する。または、ボルテージフォロワ１０３の出力を、通常のA/D変換と同様に、高速のサンプリングクロックでサンプリングし、そのA/D変換されたディジタル出力系列から、サンプリング信号発生回路３１から発生するサンプリング信号のタイミングにおけるディジタル値を抽出してもよい。
【００７６】
図７は、図５に示した主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの逆直列接続出力電圧波形(図６（ｊ）)と可動コア１１ａの変位位置との関係を示す説明図である。ただし、図示の逆直列接続出力電圧波形は、図６（ｊ）に示した波形と極性が逆であり、図６（ｋ）に示した波形の極性に合わせている。図示の電圧値は、図示のサンプル点におけるサンプル値である。図示のサンプル点は、図６（ｋ）に示したサンプル点よりも若干早い。
PWM信号の周波数15kHz、そのデューティ比20％、可動コアの長さL2≒30mmmである。
図７（ａ）は、可動コア１１ａの変位位置がx＝0mm、すなわち、可動コア１１ａが図３（ａ）の上死点にあるときの逆直列接続出力電圧波形である。
図７（ｂ），図７（ｃ），図７（ｄ）は、それぞれ、図３（ｂ）において、可動コア１１ａの変位位置がx＝2mm，4mm，8mmのときの出力波形である。
可動コア１１ａの変位位置によって、波形形状に変化が見られる。駆動電流がオフとなるタイミングにおける瞬時電圧の大きさが、変位位置に良く対応する。
【００７７】
従って、図1に示したサンプリング信号発生回路３１は、駆動回路２２が出力する駆動電流がオンからオフに切り替わるタイミングの近傍において、サンプリング信号を発生するようにすることが好ましい。その結果、検出コイル１３の出力電圧に含まれる変位位置に応じた電圧成分、又は、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものの出力電圧のレベルが大きく、かつ、リンギングがない期間において、サンプリングすることになるので、変位位置検出信号のS/N（信号対雑音）比が良好になる。
【００７８】
ここで、サンプリング信号のタイミングが、駆動電流がオフになるタイミングよりも早い場合は、サンプル値がほとんど変化しない。しかし、駆動電流がオフになるタイミングよりも遅れると、サンプル値は急速に低下することに留意する必要がある。
また、駆動電流がオンである期間において、駆動電流がオフからオンに切り替わるタイミングの近傍における瞬時電圧は、変位位置との対応は良くないが、PWM信号のデューティ比によって変化しにくい傾向がある。
従って、サンプリング信号発生回路３１は、PWM信号に同期して駆動回路２２が出力する駆動電流がオンである期間においてサンプリング信号を発生するものがよい。
【００７９】
図８は、図５に示した主検出コイル１３ａ及び補助検出コイル１３ｂの逆直列接続出力電圧のサンプル値と可動コア１１ａの変位位置との対応関係を示すグラフである。実験条件、直列接続出力電圧の極性、サンプル点は、図７と同じである。
図中、横軸は可動コア１１ａの変位位置x［mm］、縦軸は上述した逆直列接続出力電圧のサンプル値である。PWM信号のデューティ比（b/a）を、10，20，40，70［％］とした場合について示す。
可動コア１１ａの変位位置xと逆直列接続出力波形のサンプル値とは、比較的良く比例するが完全ではない。
従って、図1に示した補正部３３が、図８に示す特性を予め補正テーブルあるいは較正テーブルとしてメモリに記憶させておくか、図８に示す特性を関数形式でメモリに記憶させておけば、逆直列接続出力波形のサンプリング値に基づいて、可動コア１１ａの変位位置を正確に検出することができる。
【００８０】
その際、PWM信号のデューティ比（b/a）が大きくなるほど、出力電圧が高くなる。従って、変位位置検出をするときは、デューティ比を大きくした方がS/Nが向上する。
補正部３３は、デューティ比に応じた補正テーブル（較正テーブル）又は関数を、予めメモリに記憶しておく。補正部３３は、駆動制御部４（図１）から、デューティ比の値、又は、デューティ比の値に変換可能な他のPWM指示値を取得し、これに応じた補正テーブル（較正テーブル）を選択して使用する。
【００８１】
図２、図５〜図８を参照した説明では、図１に示した検出コイル１３として、主検出コイル１３ａと補助検出コイル１３ｂとを逆直列接続したものとしていた。
これに代えて、主検出コイル１３ａのみを用いる場合は、主検出コイル１３ａの出力と所定電圧（基準電圧）との差電圧を、同期サンプリング手段がサンプリングするようにして変位位置検出信号を出力してもよい。上述した基準電圧は、上述した差電圧に含まれる、変位位置に応じた電圧成分の割合が大きくなるように調整しておく。
【００８２】
図９は、質量体を備えるタイプの電子鍵盤楽器において、図２に示した電磁アクチュエータを付加することにより力覚制御をする場合の鍵盤装置の側面図である。
並設された複数個の白鍵、黒鍵のうち、１個の白鍵について図示するが、他の白鍵及び黒鍵についても同様な構成をとる。この図では、鍵が非押鍵位置にある状態を示す。図中、図２と同様な部分には同じ符号を付している。
【００８３】
フレーム１１１に対し、鍵１１２及び質量体１１３が、それぞれの支点を中心に回動可能に支持される。質量体１１３は、各鍵１１２に対応し、各鍵１１２に連動して各鍵１１２にその押鍵操作に対する反力を与える。鍵スイッチの図示は省略している。
電磁アクチュエータ１により発生される復動方向の駆動力が鍵１１２に付加され、往動方向の駆動力が質量体１１３に付加されることにより、鍵１１２に対する演奏者の押鍵操作、離鍵操作に対して力覚を制御する。
【００８４】
図示の電磁アクチュエータ１は、そのプランジャ１１（可動コア１１ａ，第１の駆動軸１１ｂ，第２の駆動軸１１ｃ）が、鍵１１２と質量体１１３との間に挟まれた状態に配置されているため、鍵１１２と質量体１１３のいずれか一方からの機械的負荷を他方に伝達するための伝達部材としても機能する。
電磁アクチュエータ１の検出コイル（主検出コイル１３ａ、補助検出コイル１３ｂ）は、可動コア１１ａの変位位置を検出することにより、鍵１１２のストローク位置（鍵の押離鍵方向の位置）を検出する。
【００８５】
以下、各部の構成を簡単に説明する。
鍵１１２の長手方向のほぼ中間位置に貫通孔１１２ａが形成され、一方、フレーム１１１に設けられた鍵支点部材１１１ａに突状体（ピン）１１１ｂが突設され、これが貫通孔１１２ａに嵌挿されることにより、鍵１１２がフレーム１１１に回動可能に支持される。
フレーム１１１の前方に立設されたフロントピン１１１ｃの上端が鍵１１２の前端部１１２ｂの底面側に挿入され、フロントピン１１１ｃの根本に下限ストッパ１１４が配置されている。一方、フレーム１１１の後方に上限ストッパ１１５が配置され、図示の非押鍵状態において、鍵１１２の後端部１１２ｃの底面に当接する。
【００８６】
また、フレーム１１１の後方において、隣接する各鍵の間に、アクション機構支持部１１６が立設され、その前壁１１６ａに質量体支持部１１７が設置され、その後壁１１６ｂに上限ストッパ取付部１１８及び下限ストッパ取付部１１９が設置され、それぞれに、上限ストッパ１２０、下限ストッパ１２１が固着されている。
質量体１１３は、その棒状部（シャンク部）１１３ａの一端部に回動支点部１１３ｃ、他端部に質量集中部１１３ｂが設けられ、一端部に近い中間部に、ローラを有する摺動子１１３ｄが設けられたものである。
この質量体１１３は、鍵１１２の真上位置に配置され、その回動支点部１１３ｃは質量体支持部１１７に回動自在に支持される。棒状部１１３ａは、上下に回動し、上限ストッパ１２０及び下限ストッパ１２１により回動範囲が規制される。
【００８７】
電磁アクチュエータ１は、取付板１２２により後壁１１６ｂの前面に固定される。その第１の駆動軸１１ｂに、水平上面を有する第１のヘッド１２３が固着され、その第２の駆動軸１１ｃに、緩衝及び摺動作用を有するキャップ状の第２のヘッド１２４が固着されている。一方、鍵１１２の上面には、鍵支点部材１１１ａよりも後端部１１２ｃ側において、キャプスタン１１２ｄが突設されている。
質量体１１３の自重により、摺動子１１３ｄは第１のヘッド１２３に当接し、第２のヘッド１２４の下端はキャプスタン１１２ｄの頭部に当接する。図示の電磁アクチュエータ１は、そのプランジャ１１が、鍵１１２、質量体１１３に対し、それらの動作状態に応じて、分離可能な状態で当接している。
【００８８】
プランジャ１１の位置、すなわち、可動コア（図２の１１ａ）の変位位置は、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂが出力する検出電圧に基づいて、図１に示す変位位置検出部３が行う。
図示の例では、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂは、往動コイル１２ａの側に巻回されている。そのため、電磁アクチュエータ１が、往動電磁アクチュエータとして動作するときは、可動コア１１ａの位置が検出できる。
【００８９】
これに対し、電磁アクチュエータ１が、復動電磁アクチュエータとして動作するときは、主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂと復動コイル１２ｂとの相互結合度の変化により、プランジャ１１の位置を検出する。
又は、変位位置検出期間において、変位位置検出用のPWM駆動電流を往動コイル１２ａに供給することにより、プランジャ１１の位置を検出してもよい。あるいは、往動コイル１２ａ、復動コイル１２ｂのいずれにも、個別に主検出コイル１３ａ，補助検出コイル１３ｂを巻回し、プランジャ１１の位置を検出してもよい。
【００９０】
上述した鍵盤装置においては、プランジャ１１の位置検出だけではなく、プランジャ１１の速度検出をすることにより、アコースティックピアノの反力特性に近づけることができる。この場合、検出された可動コア１１ａの変位位置の時間変化を計算することにより速度が検出される。
この実施形態では、プランジャ１１（可動コア１１ａ）の動作状態（変位位置や速度など）を検出し、その検出結果に基づいて、鍵１１２のストローク位置や押鍵速度等のデータを取得し、電磁アクチュエータ１の駆動制御を行う。
図示しないCPUがコンピュータプログラムを実行することにより、電磁アクチュエータ１で発生する駆動力を制御する機能と、鍵１１２のストローク位置、その他、押鍵速度等の鍵動作に関する情報を取得する機能とを実現する。
【００９１】
ここで、上述した制御する機能は、鍵動作に関する情報を取得する機能が取得した鍵１１２のストローク位置（鍵の位置）、及び、鍵の動作に関する情報に基づいて、電磁アクチュエータ１が鍵１１２に付与すべき駆動力の指示値を決定する。電磁アクチュエータ１は、指示値に対応する駆動力として、鍵１１２の押離鍵操作に対して、質量体１１３から加わる反力を助長する向き（復動方向）の駆動力と、鍵１１２の押鍵操作に対して、質量体１１３から加わる反力を軽減する向き（往動方向）の駆動力とのいずれかを選択的に発生する。
【００９２】
図９を参照した説明では、力覚制御について説明した。これに対し、電磁アクチュエータ１を往動電磁アクチュエータとして機能させれば、自動演奏（鍵の自動操作）もできる。曲データファイルから演奏データ（ノートオンメッセージ、ノートオフメッセージ）を読出し、これに応じて、電磁アクチュエータ１を往動方向に駆動することにより、鍵１１２の自重が鍵１１２を押下する駆動力となるようにする。
【００９３】
上述した電磁アクチュエータ１のプランジャ１１は、第１のヘッド１２３，第２のヘッド１２４を介し、鍵１１２，質量体１１３に、これらの挙動に応じて分離可能な状態で当接している。しかし、プランジャ１１から鍵１１２、質量体１１３への動力伝達が可能な構成であれば、プランジャ１１と、鍵１１２，質量体１１３とが分離不能な状態で連結（リンク装置など）されていてもよい。
【００９４】
また、背景技術において説明した特許文献１に記載の、質量体を備えない電子鍵盤楽器における電磁アクチュエータに代えて、鍵に当接される、又は、分離不能な状態で連結される電磁アクチュエータとして、図２に示した双方向駆動型の電磁アクチュエータを使用したり、図４（ａ）に示した単方向駆動型の電磁アクチュエータを１個使用したり、又は２個（鍵に対する駆動方向を逆にして並設）使用したりして、力覚制御及び又は自動演奏を実現することもできる。
【００９５】
図１〜図８を参照して説明した電磁アクチュエータを、変位位置検出センサとして使用することも可能である。可動コアに機械装置の可動子又は接触子を結合させておき、この可動子又は接触子の変位位置を検出する。
以上、本願の発明の実施形態及び適用例を説明したが、本願の発明は、上述した実施形態及び適用例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、明細書及び図面の記載の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１…電磁アクチュエータ、１1…往動電磁アクチュエータ（第１の電磁アクチュエータ）、１2…復動電磁アクチュエータ（第２の電磁アクチュエータ）、２…駆動部、３…変位位置検出部、４…駆動制御部、５…機械系可動部材、１１…プランジャ、１１ａ…可動コア、１１ａｂ，１１ａｃ…端面、１１ｂ…第１の駆動軸、１１ｃ…第２の駆動軸、１２…駆動コイル、１２ａ…往動コイル（駆動コイル）、１２ｂ…復動コイル（駆動コイル）、１３…検出コイル、１３ａ…主検出コイル、１３ｂ…補助検出コイル
４１，４２…ボビン、４１ａ，４２ａ…巻回部、４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ…鍔部、４１ｄ，４２ｄ…軸孔（中空部）、４１ｅ，４２ｅ…環状段差部、４３，４４…ヨーク、４３ａ，４４ａ…端面、４３ｂ，４３ｃ、４４ｂ，４４ｃ…側面部、４３ｄ，４４ｄ…ボビン挿通孔（開口部）、４５…仕切ヨーク、４５ａ…プランジャ挿通孔、４６…位置原点
５１…プランジャ、５１ａ…可動コア、５１ａｂ，５１ａｃ…端面、５１ｂ…第１の駆動軸、５１ｃ…第２の駆動軸、５２…ヨーク、５２ａ…端面、５２ｂ，５２ｃ…側面部、５２ｄ…ボビン挿通孔（開口部）、５３…ヨーク、５３ａ…ボビン挿通孔（開口部）、５４…ボビン、５４ｂ，５４ｃ…鍔部、５４ｄ…軸孔（中空部）、５４ｅ，５４ｆ…環状段差部
６０1…往動電磁アクチュエータ（第１の電磁アクチュエータ）、６０2…復動電磁アクチュエータ（第２の電磁アクチュエータ）、６１…プランジャ、６１ａ…可動コア、６１ｂ…駆動軸、６１ｃ…孔、６１ｄ…先端部、６２、６３…固定コア、６２ａ，６３ａ…外側固定コア、６２ｂ，６３ｂ…内側固定コア、６２ｃ，６３ｃ…結合固定コア、６２ｄ，６２ｅ，６３ｄ，６３ｅ…端面、６３ｆ…プランジャ挿通孔、６４…ヨーク、６５ａ…往動コイル（駆動コイル）、６５ｂ…復動コイル（駆動コイル）、６６ａ…第１の検出コイル、６６ｂ…第２の検出コイル、６７，６８…ボビン、６９…内部空間、７０，７１…コイルバネ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動コアと、該可動コアに駆動力を与えることにより前記可動コアを変位させる駆動コイルと、前記可動コアの変位位置に応じて前記駆動コイルとの相互結合係数が変化する位置に配置された検出コイルを有し、前記可動コアの駆動力を機械系に伝達する電磁アクチュエータと、
パルス幅変調信号に従って前記駆動コイルに駆動電流を供給する駆動手段と、
前記検出コイルの出力電圧を入力し、前記可動コアの変位位置に対応した変位位置検出信号を出力する変位位置検出手段を有し、
該変位位置検出手段は、前記パルス幅変調信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生手段と、前記サンプリング信号に同期して、前記検出コイルの出力電圧をサンプリングすることにより、前記変位位置検出信号を出力する同期サンプリング手段を有する、
ことを特徴とする電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項２】
前記検出コイルは、主検出コイルと補助検出コイルとを有し、前記駆動コイルと前記主検出コイルとの第１の相互結合係数が前記可動コアの変位位置に応じて変化する第１の特性と、前記駆動コイルと前記補助検出コイルとの第２の相互結合係数が前記可動コアの変位位置に応じて変化する第２の特性とが異なるように、前記主検出コイルと前記補助検出コイルとが配置され、
前記同期サンプリング手段は、前記主検出コイルと前記補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧をサンプリングする、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項３】
前記変位位置検出手段は、補正手段を有し、
該補正手段は、前記同期サンプリング手段から前記変位位置検出信号を入力し、該変位位置検出信号を、前記パルス幅変調信号のデューティ比に応じて補正する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項４】
前記電磁アクチュエータは、ヨークを有し、
前記可動コアは、柱状体であり、前記駆動コイル及び前記検出コイルの中空部に嵌挿されることにより該柱状体の軸方向に沿って直線変位可能であり、該柱状体の軸方向に沿った少なくとも一端面に駆動軸が突設されたものであり、
前記ヨークは、前記駆動コイル及び前記検出コイルの外部に配置され、前記駆動軸が突出する開口部を有する、
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項５】
第１の電磁アクチュエータ及び第２の電磁アクチュエータとして、前記電磁アクチュエータを有し、
前記第１の電磁アクチュエータの可動コアと前記第２の電磁アクチュエータの可動コアとを共通化して１つの可動コアとするとともに、前記第１の電磁アクチュエータと前記第２の電磁アクチュエータとを、前記１つの可動コアの変位方向に沿って配置し、
前記第１の電磁アクチュエータは前記１つの可動コアを一方向に駆動し、前記第２の電磁アクチュエータは前記１つの可動コアを逆方向に駆動し、
前記検出コイルは、前記第１の電磁アクチュエータ及び前記第２の電磁アクチュエータのいずれか一方のみに設けられる、
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項１】
可動コアと、該可動コアに駆動力を与えることにより前記可動コアを変位させる駆動コイルと、前記可動コアの変位位置に応じて前記駆動コイルとの相互結合係数が変化する位置に配置された検出コイルを有し、前記可動コアの駆動力を機械系に伝達する電磁アクチュエータと、
パルス幅変調信号に従って前記駆動コイルに駆動電流を供給する駆動手段と、
前記検出コイルの出力電圧を入力し、前記可動コアの変位位置に対応した変位位置検出信号を出力する変位位置検出手段を有し、
該変位位置検出手段は、前記パルス幅変調信号に同期してサンプリング信号を生成するサンプリング信号発生手段と、前記サンプリング信号に同期して、前記検出コイルの出力電圧をサンプリングすることにより、前記変位位置検出信号を出力する同期サンプリング手段を有する、
ことを特徴とする電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項２】
前記検出コイルは、主検出コイルと補助検出コイルとを有し、前記駆動コイルと前記主検出コイルとの第１の相互結合係数が前記可動コアの変位位置に応じて変化する第１の特性と、前記駆動コイルと前記補助検出コイルとの第２の相互結合係数が前記可動コアの変位位置に応じて変化する第２の特性とが異なるように、前記主検出コイルと前記補助検出コイルとが配置され、
前記同期サンプリング手段は、前記主検出コイルと前記補助検出コイルとを逆直列接続したものの出力電圧をサンプリングする、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項３】
前記変位位置検出手段は、補正手段を有し、
該補正手段は、前記同期サンプリング手段から前記変位位置検出信号を入力し、該変位位置検出信号を、前記パルス幅変調信号のデューティ比に応じて補正する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項４】
前記電磁アクチュエータは、ヨークを有し、
前記可動コアは、柱状体であり、前記駆動コイル及び前記検出コイルの中空部に嵌挿されることにより該柱状体の軸方向に沿って直線変位可能であり、該柱状体の軸方向に沿った少なくとも一端面に駆動軸が突設されたものであり、
前記ヨークは、前記駆動コイル及び前記検出コイルの外部に配置され、前記駆動軸が突出する開口部を有する、
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【請求項５】
第１の電磁アクチュエータ及び第２の電磁アクチュエータとして、前記電磁アクチュエータを有し、
前記第１の電磁アクチュエータの可動コアと前記第２の電磁アクチュエータの可動コアとを共通化して１つの可動コアとするとともに、前記第１の電磁アクチュエータと前記第２の電磁アクチュエータとを、前記１つの可動コアの変位方向に沿って配置し、
前記第１の電磁アクチュエータは前記１つの可動コアを一方向に駆動し、前記第２の電磁アクチュエータは前記１つの可動コアを逆方向に駆動し、
前記検出コイルは、前記第１の電磁アクチュエータ及び前記第２の電磁アクチュエータのいずれか一方のみに設けられる、
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の電磁アクチュエータの変位位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２０３０７４（Ｐ２０１１−２０３０７４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９９３８（Ｐ２０１０−６９９３８）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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